金属屋面损伤评估方法和系统技术方案

本申请公开了一种金属屋面损伤评估方法和系统。其中，金属屋面损伤评估方法包括：获取金属屋面的状态参数，其中，状态参数包括金属屋面的实际形变量；基于实际形变量大于预定形变量，确定与实际形变量对应的损伤；基于与实际形变量对应的损伤确定损伤积累；以及基于损伤状态量确定金属屋面的损伤状态，其中，损伤状态量包括损伤积累。按照本申请的方案，能够对金属屋面的损伤程度给出指标并进行剩余寿命预测，为设计校核阶段的提供数据支撑并且对金属屋面的视情维护提供有力的依据。

【技术实现步骤摘要】

本公开一般涉及建筑物强度评估领域，尤其涉及金属屋面损伤评估方法和系统。
技术介绍
金属屋面是指采用金属板材作为屋盖材料，用金属板材将结构层和防水层包覆在 内的屋盖形式。金属板材的种类很多，例如，锌板、镀铝锌板、铝合金板、铝镁合金板、钛合金 板、铜板、不锈钢板等。 建筑物例如金属屋面的损伤评估由于技术的限制现在广泛的应用是依靠维修人 员的检修，检测的依据主要靠维修人员的经验和辅以一定的主动检测设备。近些年一些大 桥和大坝等大型建筑采用了先进的健康管理的系统，实现了远程实时的监测并依此进行视 情维修，具有无线传感器，数据管理，远程遥控的健康管理系统是现阶段建筑物健康管理系 统的发展趋势。 然而，现有技术中，金属屋面的设计校核阶段主要考虑的是屋面结构的强度，并没 有考虑到实际建筑结构使用过程中的损伤积累。一般的建筑物使用人工进行检修费时费 力，并不能取得很好的结果。大部分健康管理系统一般只对一些被监测量（应力、形变）设 定预定形变量，当超出预定形变量后进行警报和维修，这样虽然节约了维护成本，只是解决 了健康管理的初级问题即损伤的监测，并没有对损伤的发展过程和损伤的程度有直观的认 识。
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种金属屋面损伤评估方法和系 统，旨在解决如上所述的一个或多个技术问题。 第一方面，本申请实施例提供了一种金属屋面损伤评估方法，包括：获取金属屋面 的状态参数，其中，状态参数包括金属屋面的实际形变量；基于实际形变量大于预定形变 量，确定与实际形变量对应的损伤；基于与实际形变量对应的损伤确定损伤积累；以及基 于损伤状态量确定金属屋面的损伤状态，其中，损伤状态量包括损伤积累。 第二方面，本申请实施例还提供了一种金属屋面损伤评估系统，包括：获取装置， 用于获取金属屋面的状态参数，其中，状态参数包括金属屋面的实际形变量；损伤确定装 置，用于基于实际形变量大于预定形变量，确定与实际形变量对应的损伤；损伤积累确定装 置，用于基于与实际形变量对应的损伤确定损伤积累；以及损伤状态确定装置，用于基于损 伤状态量确定金属屋面的损伤状态，其中，损伤状态量包括损伤积累。 本申请实施例提供的金属屋面损伤评估方法和系统，通过对实时监测数据，历史 数据和天气数据等数据库的算法设计，能够对金属屋面的损伤程度给出指标并进行剩余寿 命预测，为设计校核阶段的提供数据支撑并且对金属屋面的视情维护提供有力的依据。【附图说明】 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它 特征、目的和优点将会变得更明显： 图1示出了根据本申请一个实施例的金属屋面损伤评估方法的示意性流程图； 图2示出了金属屋面的应力-应变曲线的示意图；图3示出了根据本申请一个实施例的金属屋面损伤评估系统的示意性结构图； 图4示出了本申请的金属屋面损伤评估系统的一个应用场景的示意图。【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描 述的具体实施例仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便 于描述，附图中仅示出了与专利技术相关的部分。 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。 参见图1所示，为根据本申请一个实施例的金属屋面损伤评估方法的示意性流程 图 100〇 具体而言，在步骤110中，获取金属屋面的状态参数。其中，状态参数包括金属屋 面的实际形变量。 在一些可选的实现方式中，例如，可以在金属屋面的一些位置设置传感器，以采集 金属屋面的状态参数。在这里，状态参数例如可以包括金属屋面的实际形变量等。 接着，在步骤120中，基于实际形变量大于预定形变量，确定与实际形变量对应的 损伤。在这里，"损伤"一词的含义例如可以是金属屋面在复杂的天气载荷下，由细观结构的 缺陷造成的材料结构和性能的逐渐劣化。 损伤在微观上最初表现为肉眼不能够观察的裂纹。随着损伤的积累，裂纹扩展，变 为外观上能够辨识的裂纹和塑性形变，最终裂纹积累到一定程度材料发生断裂，即破坏。性 能上的劣化例如可以表现在屈服强度和杨氏模量的减小。受此影响，金属屋面在载荷下的 形变会变大，承载能力相应降低，进而增大发生事故的几率。 在一些可选的实现方式中，可以对损伤进行定量的表示。例如，可以根据金属屋面 的形变量的具体数值来获得损伤的具体数值。 或者，在另一些可选的实现方式中，也可以对损伤进行定性的表示。例如，可以根 据金属屋面的形变量所处的值域范围，来定性地将损伤分为小损伤、中等损伤和大损伤。 在本步骤中，仅在实际形变量大于预定形变量时，确定与该实际形变量对应的损 伤。由于损伤与实际形变量正相关，通过适当选择预定形变量的大小，可以平衡计算代价和 计算得到的金属屋面损伤的准确程度。也即是说，在预定型变量选择恰当时，可以较为客 观、准确地得到金属屋面的损伤的定量描述，并且计算量在可接受的范围。在实际应用时， 例如，可以采用实验的方式来确定预定形变量的具体数值。 接着，在步骤130中，基于与实际形变量对应的损伤确定损伤积累。 由于损伤积累会导致金属屋面性能劣化，因此判断金属屋面失效的条件并不是材 料发生疲劳破坏时，而是在金属屋面达到一定的损伤程度，使得金属板的性能难以满足建 筑结构的功能需求时。 -般工程上金属材料的塑性形变达到工件使用长度的一定比例就视为失效。在一 些实现方式中，例如可以用损伤度D来描述金属屋面的损伤程度。例如，损伤度D可以由如 下公式计算： (1) 损伤度的物理意义是表示由于损伤而丧失承载能力的面积与初始无损伤面积之 比，其中j为材料的有效承载面积，A表示原面积。因此，基于公式（1)，损伤度是一个0~ 1的值，〇表示完全没有损伤，1表示发生疲劳破坏。损伤度的定义是从细观上进行定义的， 而实际情况下我们几乎不可能直接监测到金属面的损伤程度，需要通过损伤积累的模型进 行计算或者找到表征损伤程度的宏观上的特征变量例如塑性形变量。 接着，在步骤140中，基于损伤状态量确定金属屋面的损伤状态，其中，损伤状态 量包括损伤积累。 在一些可选的实现方式中，例如可以将预定形变量设定为与金属屋面不产生塑性 形变的最大形变对应的形变量。 参见图2所示，为金属屋面的应力-应变曲线，该曲线可以材料的固有力学性能， 在弹性形变范围内，如图2所示，应力-应变曲线往返的路径是一致的。例如，当应力小于 门限值〇s时（对应曲线上的A点），随着应力〇的增大，应变e增大，而当应力减少至零 时，应变量随之减小至零。 然而当应力。超过〇；3后，去掉应力作用时，金属屋面不能恢复原形，有一部分形 变会保存下来。在应力去掉以后立即消失的形变（即图2中C、E二点之间的距离）为弹性 形变，除此之外被保留下来的部分（即图2中0、C二点之间的距离）为非弹性形变（即塑 性形变）。在弹性形变中，有一部分（即图2中D、C二点之间的距离）会随时间增长而消 失，最后不能消失的部分（即图2中0、D二点之间的距离）为永久形变，这一部分能量残余 造成了金属屋面裂纹的拓展和塑性形变的积累。因此，将预定形变量设定为与金属屋面不 产生塑性形变的最大形变对应的形变量，可以只对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属屋面损伤评估方法，其特征在于，包括：获取金属屋面的状态参数，其中，所述状态参数包括所述金属屋面的实际形变量；基于所述实际形变量大于预定形变量，确定与所述实际形变量对应的损伤；基于所述与所述实际形变量对应的损伤确定损伤积累；以及基于损伤状态量确定所述金属屋面的损伤状态，其中，所述损伤状态量包括所述损伤积累。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽曼，安超，李运华，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11