基于N-K模型的大跨度钢构件耐久性分析方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于N

【技术实现步骤摘要】
基于N
‑
K模型的大跨度钢构件耐久性分析方法、系统及装置


[0001]本专利技术涉及大跨度钢构件耐久性分析
，具体为基于N
‑
K模型的大跨度钢构件耐久性分析方法、系统及装置。

技术介绍

[0002]钢构件是指用钢板、角钢、槽钢、工字钢、焊接或热轧H型钢冷弯或焊接通过连接件连接而成的能承受和传递荷载的钢结构组合构件，具有“高、大、轻”三方面的优势，广泛地应用于建筑工程领域。建筑工程中大跨度钢构件会经常使用，如果大跨度钢构件的耐久性太差会减少建筑工程的使用寿命，同时也可能会导致整个建筑工程失效，甚至可能会存在坍塌的危害。
[0003]目前，对于大跨度钢构件的分析还是较少的，一方面是大跨度钢构件较大且结构复杂，对于大跨度钢构件进行整体的数据采集存在困难，另一方面是大跨度钢构件的复杂度高，在进行耐久性分析的时候需要考虑的因素也多；同时，对钢构件的耐久性分析方法大多是针对影响耐久性的一种因素进行分析，或者多个因素单独分析，很少考虑各个影响的相互作用性。而实际上钢构件的耐久性是各个影响因素共同作用的结果。
[0004]因此，如何用最少的器件对大跨度钢构件进行数据采集，如何对大跨度钢构件的耐久性进行分析，如何考虑各个影响因素共同作用对大跨度钢构件的耐久性的影响，就变得尤为重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供基于N
‑
K模型的大跨度钢构件耐久性分析方法、系统及装置，通过传感器获取的应力信息确定结构损伤的位置，然后针对结构损伤的位置获取图像实现腐蚀、裂纹分析，基于腐蚀、裂纹和应力分析建立N
‑
K模型实现大跨度钢构件耐久性分析以解决上述
技术介绍
中提出对于跨度钢构件进行数据采集难和很少考虑各个影响因素共同作用对大跨度钢构件的耐久性的影响的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：基于N
‑
K模型的大跨度钢构件耐久性分析方法，包括如下步骤：
[0007]利用传感器获取大跨度钢构件应力应变信息；
[0008]根据大跨度钢构件应力应变信息构建曲率模态损伤定位模型，确定大跨度钢构件损伤点位置；
[0009]利用电磁激励红外热视觉检测装置对大跨度钢构件损伤点位置进行图像采集，得到损伤红外热像图和目标损伤图像；
[0010]利用图像处理方法对损伤红外热像图和目标损伤图像进行处理，确定大跨度钢构件的腐蚀面积和裂纹参数；
[0011]基于大跨度钢构件的腐蚀参数、裂纹参数和大跨度钢构件应力构建N
‑
K模型；
[0012]根据大跨度钢构件的实际情况选择N
‑
K模型进行大跨度钢构件耐久性分析，得到
大跨度钢构件在当下的耐久性等级。
[0013]所述传感器根据E1方法优化布置传感器，所述传感器的型号和种类根据大跨度钢构件的实际情况进行选择，所述图像处理方法包括数字图像处理方法和红外图像处理方法，所述腐蚀参数包括腐蚀面积和腐蚀数量，所述裂纹参数包括裂纹长度、裂纹数量和预警裂纹数量；所述根据大跨度钢构件的实际情况选择N
‑
K模型是指根据对影响因素对大跨度钢构件的影响的实际情况进行选择合适的模型，使得对大跨度钢构件的耐久性分析更加符合实际。
[0014]根据上述技术方案，所述曲率模态损伤定位模型为：
[0015][0016]其中，x为大跨度钢构件损伤点位置，h为大跨度钢构件的盖度，y
m
、y
m+1
、y
m
‑1为3个观测点的结构弯曲挠度，m为截面位置，Δ为测点与中性线之间的距离。
[0017]根据上述技术方案，所述电磁激励红外热视觉检测装置包括热激励部分、红外热成像部分和摄像头部分；所述红外热成像部分和摄像头部分同时对损伤位置进行拍摄。
[0018]先对大跨度钢构件的损伤位置进行确定，进一步利用电磁激励红外热视觉检测装置进行采集，进而实现耐久性分析，是通过一步步地缩小采集范围，使得能够简化大跨度钢构件的数据采集难度。
[0019]根据上述技术方案，所述N
‑
K模型建立步骤包括：
[0020]统计损伤域内的腐蚀面积，除以损伤域内大跨度钢构件的表面积，得到大跨度钢构件腐蚀程度γ，腐蚀面积与预警面积ω相除并向上取整，得到腐蚀数量；所述预警面积是指腐蚀面积达到了临界值，开始对钢结构的性能造成影响；
[0021]统计损伤域内裂纹的数量和裂纹长度，将裂纹长度和除以裂纹数量，得到平均裂纹长度，将平均裂纹长度除以大跨度钢构件的平均宽度，得到大跨度钢构件内部损失程度μ；
[0022]统计裂纹长度大于等于预警长度的裂纹数量，得到预警裂纹数量；所述预警长度是指裂纹的长度达到了临界值，开始对钢结构的性能造成影响；
[0023]将损伤域内的大跨度钢构件应力与承载力β进行比较，得到预警应力数量和在所有大跨度钢构件应力中所占的比例ρ；
[0024]计算腐蚀数量、预警裂纹数量和预警应力数量总和τ；
[0025]将损伤红外热像图和目标损伤图像内的大跨度钢构件进行匹配，计算腐蚀、裂纹和大跨度钢构件应力在h、i和j状态下对应的腐蚀数量、预警裂纹数量和预警应力数量占数量总和τ的比例；
[0026]根据腐蚀、裂纹和大跨度钢构件应力在h、i和j状态下对应的腐蚀数量、预警裂纹数量和预警应力数量占数量总和τ的比例，建立N
‑
K模型；
[0027]其中，h、i、j状态的状态取值为{0，1}，0代表影响因素存在缺陷，但对于风险的产生不起决定性作用；1代表影响因素存在重大缺陷，直接导致风险的产生；所述预警应力数量为大跨度钢构件应力大于承载力β的数量。
[0028]根据上述技术方案，对目标损伤图像中的大跨度钢构件损伤点位置利用聚类方法进行聚类，得到任意形状的簇，每一个簇代表一个损伤域，损伤域至少存在一个。
[0029]根据上述技术方案，所述N
‑
K模型包括单变量模型、双变量模型和多变量模型。
[0030]根据上述技术方案，所述单变量模型包括T(a)＝γ、T(b)＝μ和T(c)＝ρ；
[0031]所述双变量模型包括：
[0032][0033]其中，a代表腐蚀，b表示为裂纹，c表示大跨度钢构件应力，P
hi*
表示腐蚀在h状态的、裂纹在i状态下对应的腐蚀数量和预警裂纹数量占数量总和τ的比例、P
h*j
表示腐蚀在h状态、大跨度钢构件应力在j状态下对应的腐蚀数量和预警应力数量占数量总和τ的比例、P
*
表示裂纹在i状态量、大跨度钢构件应力在j状态下对应的预警裂纹数量和预警应力数量占数量总和τ的比例；P
h**
、P
*i*
、P
**k
代表腐蚀、裂纹、大跨度钢构件应力分别处于h、i、j状态时对应的腐蚀数量、预警裂纹数量和预警应力数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于N
‑
K模型的大跨度钢构件耐久性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：利用传感器获取大跨度钢构件应力应变信息；根据大跨度钢构件应力应变信息构建曲率模态损伤定位模型，确定大跨度钢构件损伤点位置；利用电磁激励红外热视觉检测装置对大跨度钢构件损伤点位置进行图像采集，得到损伤红外热像图和目标损伤图像；利用图像处理方法对损伤红外热像图和目标损伤图像进行处理，确定大跨度钢构件的腐蚀面积和裂纹参数；基于大跨度钢构件的腐蚀参数、裂纹参数和大跨度钢构件应力构建N
‑
K模型；根据大跨度钢构件的实际情况选择N
‑
K模型进行大跨度钢构件耐久性分析，得到大跨度钢构件在当下的耐久性等级。2.根据权利要求1所述的基于N
‑
K模型的大跨度钢构件耐久性分析方法，其特征在于：所述曲率模态损伤定位模型为：其中，x为大跨度钢构件损伤点位置，h为大跨度钢构件的盖度，y
m
、y
m+1
、y
m
‑1为3个观测点的结构弯曲挠度，m为截面位置，Δ为测点与中性线之间的距离。3.根据权利要求1所述的基于N
‑
K模型的大跨度钢构件耐久性分析方法，其特征在于：所述电磁激励红外热视觉检测装置包括热激励部分、红外热成像部分和摄像头部分。4.根据权利要求1所述的基于N
‑
K模型的大跨度钢构件耐久性分析方法，其特征在于：所述N
‑
K模型建立步骤包括：统计损伤域内的腐蚀面积，除以损伤域内大跨度钢构件的表面积，得到大跨度钢构件腐蚀程度γ，腐蚀面积域与预警面积ω相除利用取整函数取整，得到腐蚀数量；统计损伤域内裂纹的数量和裂纹长度，将裂纹长度和除以裂纹数量，得到平均裂纹长度，将平均裂纹长度除以大跨度钢构件的平均宽度，得到大跨度钢构件内部损失程度μ；统计裂纹长度大于等于预警长度的裂纹数量，得到预警裂纹数量；将损伤域内的大跨度钢构件应力与承载力β进行比较，得到预警应力数量和在所有大跨度钢构件应力中所占的比例ρ；计算腐蚀数量、预警裂纹数量和预警应力数量总和τ；将损伤红外热像图和目标损伤图像内的大跨度钢构件进行匹配，计算腐蚀、裂纹和大跨度钢构件应力在h、i和j状态下对应的腐蚀数量、预警裂纹数量和预警应力数量占数量总和τ的比例；根据腐蚀、裂纹和大跨度钢构件应力在h、i和j状态下对应的腐蚀数量、预警裂纹数量和预警应力数量占数量总和τ的比例，建立N
‑
K模型；其中，h、i、j状态的状态取值为{0，1}，0代表影响因素存在缺陷，但对于风险的产生不起决定性作用；1代表影响因素存在重大缺陷，直接导致风险的产生；所述预警应力数量为大跨度钢构件应力大于承载力β的数量。5.根据权利要求4所述的基于N
‑
K模型的大跨度钢构件耐久性分析方法，其特征在于：所述目标损伤图像进行处理包括：对目标损伤图像中的大跨度钢构件损伤点位置利用聚类
方法进行聚类，得到任意形状的簇，每一个簇代表一个损伤域，损伤域至少存在一个。6.根据权利要求5所述的基于N
‑
K模型的大跨度钢构件耐久性分...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛旭东，贡宏要，罗焰华，张家兴，贡力，靳春玲，杨华中，贾治元，
申请(专利权)人：中国铁路广州局集团有限公司站房建设指挥部，
类型：发明
国别省市：