一种既有空间钢结构杆件弯曲变形的监测方法技术

本发明专利技术涉及一种既有空间钢结构杆件弯曲变形的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：对既有空间钢结构进行现场监测，生成既有空间钢结构的三维点云模型；对既有空间钢结构的三维点云模型中所有杆件进行拟合与编号，确定每一杆件的标号；根据既有空间钢结构的三维点云模型中所有杆件的球节点，对所有杆件进行轴线拟合，得到所有杆件的轴线方程；根据所有杆件的轴线方程，判断既有空间钢结构的三维点云模型中是否有杆件发生弯曲变形；确定既有空间钢结构的三维点云模型中所有发生弯曲变形的杆件的标号、位置和变形量，本发明专利技术可广泛应用于既有空间钢结构监测领域中。

【技术实现步骤摘要】
一种既有空间钢结构杆件弯曲变形的监测方法
本专利技术是关于一种既有空间钢结构杆件弯曲变形的监测方法，属于既有空间钢结构监测领域。
技术介绍
空间钢结构主要包括网架、网壳等空间网格结构，以及悬索结构和管桁架结构等。空间钢结构由于具有跨越能力强、受力明确、整体刚度大和制作安装方便等特点，被广泛应用于大型公共建筑、工业厂房等领域中，如机场的航站楼屋盖、大型体育场或演出场馆、大型轻工业厂房、煤炭与料场罩棚等。空间钢结构一般由管桁架结构与拉索结构组成，例如空间网格结构全部由受拉或受压的桁架杆件组成，拉索结构主要由受压杆件与拉索组成，管桁架结构由受拉或受压的钢管杆件组成。空间钢结构的破坏包含了整体稳定破坏与强度破坏这两种主要破坏模式，但无论是哪种破坏模式，在空间钢结构局部均有可能出现杆件弯曲变形、拉杆断裂、节点破坏等一种或多种初始破坏现象。由于杆件弯曲变形相对于拉杆断裂、节点破坏等破坏征兆更易发生破坏且更为普遍，对于已经建成的既有或在役空间钢结构，在日常的结构安全性检测鉴定、评估以及长期监测中，钢结构杆件的弯曲变形是检查的一项重要指标。目前，在既有或在役空间钢结构的现场安全性检查中，对杆件弯曲变形的检出主要靠人工目视；对存在明显弯曲变形的杆件，利用全站仪进行弯曲挠度的测量。但是，由于空间钢结构造型复杂且动辄包含上万根杆件，人工目视检查弯曲变形杆件明显存在以下缺点：1)费时费力且工作量大，在检查人员疲劳作业或责任心不强的情况下很有可能遗漏部分杆件。2)检查人员一般位于地面或空间钢结构屋盖下方，主要利用自下至上的视角检查，在杆件遮挡的影响下可能遗漏部分杆件。3)空间钢结构的杆件弯曲变形呈现出空间变形的形态，有可能朝向任意一个三维空间方向发展，倘若人工检查的视角与弯曲变形的方向一致或相近，将无法检查出杆件的弯曲变形。综合上述原因，现有的人工目视检查方法难以保证既有空间钢结构弯曲杆件的有效检出。如果人工检查中无法发现弯曲杆件，全站仪等专门测量变形的设备也将无法发挥作用。更进一步地，即使人工检查中发现了弯曲杆件，采用全站仪进行变形杆件的变形挠度测量也存在缺陷。中国既有空间钢结构较多地使用圆形截面钢管杆件，采用全站仪测量圆形截面杆件的变形，沿杆件轴向测量的多个测点难以保证正好与截面轴线平行，由此测得的杆件的变形曲线可能由几段折线组成，测量的挠度误差较大。因此，人工目视结合全站仪测量进行既有空间钢结构变形杆件的检查方法并不可靠。随着三维测量方法的发展，三维激光扫描在既有空间钢结构的现场检查中得到了逐步应用，可以利用三维激光扫描整个或局部既有空间钢结构形成点云模型，通过一定的逆向工程处理可以得到所关心的杆件或球节点的局部模型。然而，采用三维测量方法在杆件的弯曲变形判断中仍然依赖于人工检查。同时，三维激光扫描设备造价高且操作复杂，在结构安全性现场检查的应用中成本较高，无法实现既有空间钢结构的长期监测。此外，其他监测方法例如结构光三维重建方法由于需要大功率光源且在户外精度较低，同样不能满足既有空间钢结构监测的需要。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种结果可靠、造价低且操作简单的既有空间钢结构杆件弯曲变形的监测方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种既有空间钢结构杆件弯曲变形的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：对既有空间钢结构进行现场监测，生成既有空间钢结构的三维点云模型；对既有空间钢结构的三维点云模型中所有杆件进行拟合与编号，确定每一杆件的标号；根据既有空间钢结构的三维点云模型中所有杆件的球节点，对所有杆件进行轴线拟合，得到所有杆件的轴线方程；根据所有杆件的轴线方程，判断既有空间钢结构的三维点云模型中是否有杆件发生弯曲变形；确定既有空间钢结构的三维点云模型中所有发生弯曲变形的杆件的标号、位置和变形量。进一步地，对既有空间钢结构进行现场监测，生成既有空间钢结构的三维点云模型，具体为：采用多个不同视角布置的相机对既有空间钢结构进行现场监测，同步获取一次或多次既有空间钢结构的多视角图像，并根据既有空间钢结构的多视角图像，生成既有空间钢结构主要区域的三维点云模型，其中，既有空间钢结构的主要区域为既有空间钢结构中包括结构受力杆件的区域。进一步地，对既有空间钢结构的三维点云模型中所有杆件进行拟合与编号，确定每一杆件的标号，具体过程为：对既有空间钢结构的三维点云模型进行重构，对应得到既有空间钢结构的三维三角形网格化模型，并获取三维三角形网格化模型的信息；根据三维三角形网格化模型的信息，对所有杆件进行识别，得到包括网格顶点位置信息的若干杆件集合，并对每一杆件集合进行编号，得到每一杆件的标号；对杆件集合进行初步剔除；基于初步剔除结果，对三维三角形网格化模型进行结构节点拟合，得到每一杆件集合的球节点位置坐标，并建立杆件集合与球节点的对应关系；根据杆件集合与球节点的对应关系，剔除或归并误识别的杆件集合与相应球节点，确定每一杆件集合的球节点位置信息；根据每一杆件集合的球节点位置信息，对所有杆件集合进行识别，得到每一杆件的稠密顶点信息集合，并根据每一杆件的稠密顶点信息集合，对每一杆件集合的标号进行更新，得到每一杆件的标号。进一步地，对每一杆件集合进行编号按照杆件集合生成的先后顺序依次进行。进一步地，根据所有杆件的轴线方程，判断既有空间钢结构的三维点云模型中是否有杆件发生弯曲变形，具体为：当既有空间钢结构的杆件本身为弯曲状时，对比该杆件本身的初始轴线方程与进行轴线拟合后该杆件的现在轴线方程，确定该杆件是否发生弯曲变形；当既有空间钢结构的杆件本身为直线状时，直接对比该杆件本身的初始轴线与该杆件的现在轴线，确定该杆件是否发生弯曲变形。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术通过既有空间钢结构图像生成既有空间钢结构的三维点云模型，对该三维点云模型进行拟合、编号、轴线拟合等步骤，无需进行人工检查即能够得到既有空间钢结构的三维点云模型中所有杆件的监测结果，造价低且操作简单。2、本专利技术针对不同形状的杆件采用不同方法判断其是否发生弯曲变形，能够进一步增加监测结果的准确性及可靠性，可以广泛应用于既有空间钢结构监测领域中。附图说明图1是本专利技术监测方法的流程图；图2是本专利技术中对所有杆件进行拟合与编号的流程图；图3是本专利技术中某一杆件集合的编号示意图；图4是本专利技术中对所有杆件进行轴线拟合的示意图。具体实施方式以下结合附图来对本专利技术进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本专利技术，它们不应该理解成对本专利技术的限制。如图1所示，本专利技术提供的既有空间钢结构杆件弯曲变形的监测方法，包括以下步骤：1)对既有空间钢结构进行现场监测，并采用多视角几何三维重建算法，生成既有空间钢结构主要区域的三维点云模型，具体为：采用多个不同视角布置的相机进行既有空间钢结构现场监测，相机的数量与参数应满足对既有空间钢结构主要区域的视角与景深覆盖，其中，既有空间钢结构的主要区域为既有空间钢结构中包括结构受力杆件的区域，并通过三维重建生成既有空间钢结构主要区域的三维点云模型。同时，为满足无线监测的要求，制订数据无线传输方案，实现拍摄图像的无线传输。在一天的周期内，同步获取一次或多次既有空间钢结构的多视角图像，并采用多视角几何三维重建算法，生成既有空间钢结构主要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种既有空间钢结构杆件弯曲变形的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：对既有空间钢结构进行现场监测，生成既有空间钢结构的三维点云模型；对既有空间钢结构的三维点云模型中所有杆件进行拟合与编号，确定每一杆件的标号；根据既有空间钢结构的三维点云模型中所有杆件的球节点，对所有杆件进行轴线拟合，得到所有杆件的轴线方程；根据所有杆件的轴线方程，判断既有空间钢结构的三维点云模型中是否有杆件发生弯曲变形；确定既有空间钢结构的三维点云模型中所有发生弯曲变形的杆件的标号、位置和变形量。

【技术特征摘要】
1.一种既有空间钢结构杆件弯曲变形的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：对既有空间钢结构进行现场监测，生成既有空间钢结构的三维点云模型；对既有空间钢结构的三维点云模型中所有杆件进行拟合与编号，确定每一杆件的标号；根据既有空间钢结构的三维点云模型中所有杆件的球节点，对所有杆件进行轴线拟合，得到所有杆件的轴线方程；根据所有杆件的轴线方程，判断既有空间钢结构的三维点云模型中是否有杆件发生弯曲变形；确定既有空间钢结构的三维点云模型中所有发生弯曲变形的杆件的标号、位置和变形量。2.如权利要求1所述的一种既有空间钢结构杆件弯曲变形的监测方法，其特征在于，对既有空间钢结构进行现场监测，生成既有空间钢结构的三维点云模型，具体为：采用多个不同视角布置的相机对既有空间钢结构进行现场监测，同步获取一次或多次既有空间钢结构的多视角图像，并根据既有空间钢结构的多视角图像，生成既有空间钢结构主要区域的三维点云模型，其中，既有空间钢结构的主要区域为既有空间钢结构中包括结构受力杆件的区域。3.如权利要求1所述的一种既有空间钢结构杆件弯曲变形的监测方法，其特征在于，对既有空间钢结构的三维点云模型中所有杆件进行拟合与编号，确定每一杆件的标号，具体过程为：对既有空间钢结构的三维点云模型进行重构，对应得到既有空间钢结构的三维三角形网格化模型，并获取三维三角形网...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇飞，樊健生，聂鑫，魏晓晨，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11