一种基于点云数据的一榀框架结构变形损伤试验检测方法技术

本申请公开了一种基于点云数据的一榀框架结构变形损伤试验检测方法，包括以下步骤：安放一榀框架；进行一榀框架的加载试验，采集加载前的第一点云数据和加载后的第二点云数据；基于第一点云数据和第二点云数据的对比分析，获取一榀框架的变形结果和裂缝损伤位置；在有限元分析软件中建立试验模型，对试验模型进行同等荷载条件下第一次加载模拟，获得第一变形试验模型；对第一变形试验模型布置相同位置的裂缝损伤，并进行第二次加载模拟，得到第二变形试验模型；分析第二变形试验模型的最大变形位置，以预测一榀框架的最大变形位置。本申请的结构损伤试验检测方法，能够准确检测一榀框架的变形、开裂情况，并能够预测继续使用过程中的变形情况。过程中的变形情况。过程中的变形情况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于点云数据的一榀框架结构变形损伤试验检测方法


[0001]本专利技术属于结构力学试验检测领域，尤其涉及一种基于点云数据的一榀框架结构变形损伤试验检测方法。

技术介绍

[0002]变形损伤识别作为混凝土结构健康检测的重要内容，是评价结构安全性的关键因素。一榀框架结构广泛应用于建筑结构中，其具有施工方便，施工周期短，自重较轻等优点。现有的一榀框架结构变形损伤检测主要使用全站仪、位移计或者目测的方式完成变形检测，这种少量单点检测方式，对于结构的整体变形无法检测，也无法准确确定结构的损伤位置。
[0003]地面三维激光扫描技术一种先进的立体扫描技术，通过非接触方式能够获得目标的三维点云数据，点云数据的精度可达毫米级。现有技术中，存在使用三维激光扫描技术进行结构变形检测的方式，例如申请号为201911290028.2的中国专利技术专利申请中，公开了一种基于三维激光扫描技术的结构试验检测方法，能够利用三维激光扫描仪进行结构试验过程中发生的位移、变形、开裂以及破坏模式的准确检测。对于正在使用过程中的一榀框架结构，如若能够预测结构可能的进一步损伤，进行针对性加固处理，能够提高现有的建筑结构的使用寿命。但是现有技术的方案，仅进行实时数据的采集处理，无法预测损伤结构的下一步的变形趋势。由此可见，现有技术有待于进一步地改进和提升。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于点云数据的结构变形损伤试验检测方法，以解决上述技术问题的至少一个技术问题。
[0005]本专利技术所采用的技术方案为：r/>[0006]本专利技术提供了一种基于点云数据的结构变形损伤试验检测方法，包括以下步骤：
[0007]安放一榀框架，采集加载前的第一点云数据；
[0008]进行所述一榀框架的加载试验，采集加载后的第二点云数据；
[0009]对所述第一点云数据和第二点云数据进行对比分析，获取所述一榀框架的变形结果和裂缝损伤位置；
[0010]基于所述一榀框架在有限元分析软件中建立相同的试验模型，对所述试验模型进行同等荷载条件下第一次加载模拟，获得第一变形试验模型及其变形结果；
[0011]对所述第一变形试验模型布置相同位置的裂缝损伤，并进行第二次加载模拟，得到第二变形试验模型；
[0012]分析所述第二变形试验模型的最大变形位置，以预测所述一榀框架的最大变形位置。
[0013]作为本专利技术的一种优选实施方式，还包括：基于所述第一变形试验模型的变形结果和所述一榀框架的变形结果，获得点云误差值，判断所述点云误差值是否低于目标误差
阈值，若是，判定三维点云数据精确，则基于第一点云数据和第二点云数据对比分析以确定裂缝损伤位置；若否，判定三维点云数据不精确，则重复采集加载后的所述第二点云数据，进行变形结果对比分析，直至所述点云误差值低于目标误差阈值。
[0014]作为本专利技术的一种优选实施方式，所述第一点云数据和第二点云数据对比分析过程包括：
[0015]基于特征点的点云数据配准方法，分别将第一点云数据和第二点云数据进行配准处理；
[0016]将配准处理后的第一点云数据和第二点云数据进行拟合对齐，获得所述一榀框架的变形结果。
[0017]作为本专利技术的一种优选实施方式，对所述第一点云数据和第二点云数据配准处理中，选取3个点云数据的重叠点作为特征点，且相邻区域内的3个所述特征点位于不同平面上。
[0018]作为本专利技术的一种优选实施方式，所述一榀框架包括两侧立柱和位于两侧立柱之间的顶部横梁及中部横梁；
[0019]对所述一榀框架的加载试验过程中，分别对所述顶部横梁和底部横梁进行跨中加载。
[0020]作为本专利技术的一种优选实施方式，将配准处理后的所述第一点云数据和第二点云数据拟合对齐后，通过选取所述顶部横梁和中部横梁等间距的至少11个点位以及两侧立柱等间距的至少20个点位进行对比分析，获得所述一榀框架的变形结果；
[0021]其中，所述顶部横梁和所述中部横梁的至少1个点位位于跨中位置。
[0022]作为本专利技术的一种优选实施方式，沿所述一榀框架周围设置若干测站，所述测站的数量在4～6个之间。
[0023]作为本专利技术的一种优选实施方式，每个所述测站上的三维激光扫描仪相距所述一榀框架的最短距离在4m～8m之间。
[0024]作为本专利技术的一种优选实施方式，相邻所述三维激光扫描仪之间至少设置30％重叠扫描区域。
[0025]由于采用了上述技术方案，本专利技术所取得的有益效果为：
[0026]1.本专利技术提供一种基于点云数据的结构变形损伤试验检测方法，基于三维激光扫描技术采集一榀框架的点云数据，进行结构试验过程中发生的变形、开裂的准确检测。通过对加载前的第一点云数据和加载后的第二点云数据进行对比分析，可得到加载后一榀框架的变形结果以及裂缝损伤位置，进一步，通过在预设试验模型中进行再次加载，模拟结构在持续载荷作用下的获取进一步变形趋势，获得最大变形位置。应用到现实中的混凝土一榀框架的建筑结构中，通过三维激光扫描仪扫描采集建筑结构的点云数据，分析出现有的结构裂缝损伤，并通过在有限元分析软件中建立相同的建筑结构模型，布置相同裂缝损伤，然后对建筑模型结构进一步施加载荷，观察该建筑模型结构变形大小，从而能够根据变形大小及位置提出对建筑结构的合理加固方案。
[0027]2.本专利技术提供的一种结构变形损伤试验检测方法，通过有限元分析获得的变形结果对三维激光扫描技术获得的变形结果进行对比分析，以验证三维扫描技术获得的点云数据的精度。具体的，通过将加载前的第一点云数据和加载后的第二点云数据进行拟合对齐，
从而能够分析加载后的变形大小，与有限元分析的变形结果进行比较，若点云误差值在目标误差阈值范围内时，则进行裂缝位置的确定以及后续对试验模型的进一步加载分析，避免由于环境明暗程度、试验对象倾斜、人员移动等原因造成点云数据具有较大的误差，以保证在点云数据的精确性较高的情况下，进行下一步的预测分析，保证预测分析结果的准确性。
[0028]3.本专利技术提供的一种结构变形损伤试验检测方法，基于特征点的点云数据配准方法，使用无标靶球的三维激光扫描方案，避免了放置标靶球的繁琐步骤，同时，也能够避免标靶球在检测过程中可能发生的位置变动，而导致点云数据的误差累积。
附图说明
[0029]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0030]图1为本专利技术实施例提供的基于点云数据的结构变形损伤试验检测方法的流程框图；
[0031]图2为本专利技术另一实施例提供的基于点云数据的结构变形损伤试验检测方法的流程框图；
[0032]图3为本专利技术实施例提供的结构变形损伤试验中试验对象和三维激光扫描仪的示意图。
[0033]其中，
[0034]1‑
一榀框架；11
‑
立柱；12
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于点云数据的一榀框架结构变形损伤试验检测方法，其特征在于，包括以下步骤：安放所述一榀框架，采集加载前的第一点云数据；进行所述一榀框架的加载试验，采集加载后的第二点云数据；对所述第一点云数据和第二点云数据进行对比分析，获取所述一榀框架的变形结果和裂缝损伤位置；基于所述一榀框架在有限元分析软件中建立相同的试验模型，对所述试验模型进行同等荷载条件下第一次加载模拟，获得第一变形试验模型及其变形结果；对所述第一变形试验模型布置相同位置的裂缝损伤，并进行第二次加载模拟，得到第二变形试验模型；分析所述第二变形试验模型的最大变形位置，以预测所述一榀框架的最大变形位置。2.根据权利要求1所述的一种基于点云数据的一榀框架结构变形损伤试验检测方法，其特征在于，还包括：基于所述第一变形试验模型的变形结果和所述一榀框架的变形结果，获得点云误差值，判断所述点云误差值是否低于目标误差阈值，若是，判定三维点云数据精确，则基于第一点云数据和第二点云数据对比分析以确定裂缝损伤位置；若否，判定三维点云数据不精确，则重复采集加载后的所述第二点云数据，进行变形结果对比分析，直至所述点云误差值低于目标误差阈值。3.根据权利要求1所述的一种基于点云数据的一榀框架结构变形损伤试验检测方法，其特征在于，所述第一点云数据与第二点云数据对比分析过程包括：基于特征点的点云数据配准方法，分别将第一点云数据和第二点云数据进行配准处理；将配准处理后的第一点云数据和第二点云数据进行拟合对齐，获得所述一榀框...

【专利技术属性】
技术研发人员：都浩，张展硕，张志昌，
申请(专利权)人：中启胶建集团有限公司，
类型：发明
国别省市：