自感知自预警临时支撑系统及其施工方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010649416.1 (22)申请日 2020.07.08 (71)申请人 北京市建筑工程研究院有限责任公 司 地址 100089 北京市海淀区复兴路34号 申请人 吉林大学 (72)发明人 兰春光秘红丹高欣罗爱武 齐翰李铭卫启星蒋桂旺 常发赵建生周志昆 (74)专利代理机构 苏州创策知识产权代理有限 公司 32322 代理人 周锦全 (51)Int.Cl. H04W 4/38(2018.01) G08C 17/02(2006.01) G08C 19/00(2006.01。

2、) H04M 1/725(2006.01) H04L 29/08(2006.01) G01L 1/10(2006.01) E04G 25/00(2006.01) E04G 21/00(2006.01) (54)发明名称 一种自感知自预警临时支撑系统及其施工 方法 (57)摘要 本发明涉及结构监测技术领域， 具体为一种 自感知自预警临时支撑系统， 自感知自预警临时 支撑系统包括三个子系统： 传感器子系统、 数据 采集与传输子系统、 安全评定和报警预警子系 统； 传感器子系统由 “BGK4000” 弧焊型振弦式应 变计、 传感器安装块、 配套电缆组成； 操作方便， 适用范围广， 可同步监测各布设点。

3、传感器的应力 差值， 实时反馈到监测软件并经过拟定程序处理 监测数据， 为临时支撑结构安全提供可靠依据。 本发明自感知自预警临时支撑系统具有制造工 艺简单、 经济造价合理， 操作简便、 同步监测精度 高等优点， 并且该自感知自预警临时支撑系统可 循环利用， 适用于各种需要临时支撑的大跨钢结 构的施工。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 111800754 A 2020.10.20 CN 111800754 A 1.一种自感知自预警临时支撑系统， 其特征在于， 包括传感器子系统、 数据采集与传输 子系统、 安全评定和报警预警子系统； 传感器子系统由应变计、 传感器安装块、 配套电缆组 。

4、成； 数据采集与传输子系统由数据传输电缆/光缆、 数模转换卡、 传感器子系统配套解调仪、 自动化数据采集仪、 无线传输模块和监控传感器组成； 安全评定和报警预警子系统包括传 感器系统、 数据采集系统、 数据库管理系统和安全预警系统， 监控传感器可实时采集监测数 据， 通过自动化采集仪将监测数据无线传输到安全评定和报警预警子系统， 当采集到数据 有异常， 安全评定和报警预警子系统通过APP实现报警， 并将数据上传到云服务数据中心， 云服务数据中心根据接收到的大量数据自动完成的数据分析、 安全评估、 预警。 2.根据权利要求1所述的一种自感知自预警临时支撑系统， 其特征在于： 所述传感器子 系统为。

5、BGK-4000弧焊型振弦式应变计， BGK-4000型已带有安装块， 采用焊接或粘结安装块 的方式固定在临时支撑上， 安装块是成对提供的， 安装块上设置有锥尖固定螺钉。 3.根据权利要求1所述的一种自感知自预警临时支撑系统， 其特征在于： 所述数据采集 与传输子系统采用具有无线传输和采集功能的BGK-MICRO-40型自动化数据采集仪和分布 式网络测量系统， 用于集用户管理、 测量管理、 数据管理、 通讯管理， 可完成自动化采集， 实 现工程的自动化测量及数据实时采集。 4.一种自感知自预警临时支撑系统的施工方法， 其特征在于： 该施工方法包括以下步 骤： 步骤一： 分析具体工程临时支撑的使。

6、用特点， 通过有限元通用软件对施工过程仿真模 拟分析， 确定临时支撑杆件的易损位置； 根据易损性分析结果确定临时支撑上传感器布点 位置和采集仪器， 并由仪器特性和传感器需求优化传感器子系统和数据采集与传输子系 统， 确定传感器及自动采集仪的数量； 步骤二： 按步骤一中监测方案将传感器安装在设计布设位置， 用红箱子验证传感器性 能是否完好， 确定传感器可用后， 连接传感器配套数据线电缆； 步骤三： 将各测点传感器的数据线电缆顺沿着支撑架体， 设置PVC套管， 数据线穿于套 管内， 集结于数据自动采集仪处； 每条走线在地面裸露处有外部保护措施， 并有明确清晰的 编号和标识； 尽量采用弱电工程的线槽。

7、进行线路行走， 必要时自行铺设线槽； 步骤四： 传感器数据线与自动化采集仪数据采集通道的连接根据系统拓扑图和物理连 接图进行连接； 连接线缆必须贴上对应的标签， 以便以后维护和排故方便， 防止连接端口错 误； 检查自动采集系统各传感器信号正确传输， 数据采集记录原始数值备查； 步骤五： 设备集中测试， 按照实施方案， 将所有的设备连接好， 使用数据接收软件进行 每个测试的数据接收测试； 1)检查各传感器采集参数设置是否满足设计要求； 2)当设计要求多种采集策略时， 应针对每种采集策略分别测试传感器能否正确返回测 试信号； 3)单个传感器采集数据的响应时间应满足设计和产品技术文件的要求； 4)静。

8、态同步采集时各传感器同步精度应小于5s； 5)传感器的编号及数据在现场数据库及远程数据库中应完全对应； 6)传感器数据应与其物理位置对应； 7)数据存储精度应不低于传感器的分辨率； 权利要求书 1/2 页 2 CN 111800754 A 2 8)各传感器的测量数据不应超过传感器测量范围和设计文件规定的测量范围； 步骤六： 监测系统的应用方法： 1)在监测软件系统中设置合理的程序和参数， 保证采集传输得到的数据精度满足要 求； 2)钢结构安装分区域分段进行时， 通过数值模拟计算可预估自感知自预警临时支撑上 传感器所在位置的应力变化情况， 通过测试数据指导安装； 3)如果2)项的数据与理论值出现。

9、较大偏差， 应报告施工方， 停止查找原因后继续安装； 4)最终安装结束后， 通过智能临时支撑数据可有效判断安装的完成情况； 5)如果系统应用过程中APP出现报警的情况， 施工方应立即停工， 查找报警原因， 排除 安全隐患后才可继续安装； 步骤七： 现场施工结束后， 监测中心尽快根据接收到的大量采集数据自动完成的数据 分析、 安全评估结构状态； 为智能临时支撑的安全和整个钢结构安装过程安全性能有效控 制； 步骤八： 监测系统的拆除方法： 1)根据业主批准在某一施工阶段监测结束后， 需对监测系统进行在规定时间段内拆除 监测系统并回收； 2)综合工作面回撤时必须按规定回撤监控线路、 设备等； 3)拆。

10、除的设备必须按照设备保护措施回收保存， 确保设备可循环利用。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111800754 A 3 一种自感知自预警临时支撑系统及其施工方法 技术领域 0001 本发明涉及结构监测技术领域， 具体为一种自感知自预警临时支撑系统及其施工 方法。 背景技术 0002 由于空间钢结构的设计朝着大跨度、 多功能、 复杂形状的方向发展， 使得大跨钢结 构施工面临新的挑战。 为确保施工安全， 临时支撑被越来越多地应用到钢结构的施工过程 中。 0003 然而， 由于临时支撑具有制作周期长、 重复利用高、 施工工况预先估计不准、 服役 环境复杂等问题的存在， 现阶段临时支撑失效导致的施。

11、工安全事故仍屡有发生， 例如： 沂州 煤焦化煤场封闭项目施工工地发生的临时支撑断裂坍塌事故， 沪杭高铁临时支撑倒塌砸中 高架桥匝道等。 如何有效地了解临时支撑结构自身的服役情况， 进而确保临时支撑在施工 过程中的安全， 已经成为确保大跨钢结构施工安全的一项重要环节。 0004 目前， 急需发明一种切实可行的临时支撑结构自感知自预警的监测系统， 在临时 支撑结构出现安全问题前， 可以通过系统实现预警， 进而通过人为干预将安全事故消灭。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种自感知自预警临时支撑系统和一种自感知自预警临 时支撑系统的施工方法， 以解决上述背景技术中提出的问题。 0006 为实。

12、现上述目的， 本发明提供如下技术方案： 0007 本发明提供一种自感知自预警临时支撑系统， 包括三个子系统： 传感器子系统、 数 据采集与传输子系统、 安全评定和报警预警子系统； 传感器子系统由 “BGK-4000” 弧焊型振 弦式应变计、 传感器安装块、 配套电缆组成； 数据采集与传输子系统由数据传输电缆/光缆、 数模转换卡、 传感器子系统配套解调仪、 自动化数据采集仪、 无线传输模块等组成； 安全评 定和报警预警子系统： 属于软件系统， 该软件采用模块化设计， 包括数据库管理系统、 安全 预警系统等。 0008 自感知自预警临时支撑系统， 各监控传感器数据可实时采集监测数据， 通过自动 化。

13、采集仪将监测数据无线传输到安全评定和报警预警子系统， 如果采集到数据有异常， 系 统通过APP实现多种手段报警(短信、 手机亮屏、 震动等)、 并实现将数据上传到云服务数据 中心， 监测中心根据接收到的大量数据自动完成的数据分析、 安全评估、 预警。 0009 传感器子系统为系统硬件即 “BGK-4000” 弧焊型振弦式应变计， BGK-4000型已带有 安装块。 通常采用焊接或粘结安装块的方式固定在临时支撑上， 安装块是成对提供的， 其中 带有锥尖固定螺钉， 焊接或粘结杆件表面应清理干净。 在安装时， 先确定安装杆的长度后， 在临时支撑结构上焊接或粘贴安装块， 等到施工之前安装传感器。 00。

14、10 所述传感器子系统的传感器与待测临时支撑钢结构的温度膨胀系数相同， 具有很 高的精度和灵敏度、 卓越的防水性能、 耐腐蚀性和长期稳定性。 传感器功能为感知临时支撑 说明书 1/5 页 4 CN 111800754 A 4 的荷载和效应信息， 并以频率、 温度等物理参量形式输出。 传感器有专用的四芯屏蔽电缆传 输频率和温度电阻信号， 频率、 信号不受电缆长度的影响， 适合在恶劣的环境下长期监测杆 件的应变变化。 0011 所述数据采集与传输子系统： 主要包括数据传输电缆/光缆、 数模转换卡、 传感器 子系统配套解调仪等， 数据采集及传输用自动化数据采集仪。 所述数据采集与传输子系统 可完成自。

15、动化采集， 选用具有无线传输和采集功能的BGK-MICRO-40型自动化数据采集 仪-分布式网络测量系统。 配套的软件系统基于WINDOWS98/Me/NT/2000/XP/7工作平台， 集用户管理、 测量管理、 数据管理、 通讯管理于一身， 实现工程的自动化测量及数据实时采 集。 0012 所述安全评定和报警预警子系统为一套基于云平台数据存储的动态监测和预警 服务软件， 该软件基本功能为： 可实现各监控传感器数据实时采集、 接收到数据如果有异 常， 通过APP实现多种手段报警(短信、 手机亮屏、 震动等)、 并实现将数据上传到云服务数据 中心， 监测中心根据接收到的大量数据自动完成的数据分析。

16、、 安全评估、 预警。 0013 所述的一种自感知自预警临时支撑系统的施工方法， 步骤如下： 0014 步骤一： 分析具体工程临时支撑的使用特点， 通过有限元通用软件对施工过程仿 真模拟分析， 确定临时支撑杆件的易损位置； 根据易损性分析结果确定临时支撑上传感器 布点位置和采集仪器， 并由仪器特性和传感器需求优化传感器子系统和数据采集与传输子 系统， 确定传感器及自动采集仪的数量； 0015 步骤二： 按步骤一中监测方案将传感器安装在设计布设位置， 验证传感器性能是 否完好， 确定传感器可用后， 连接传感器配套数据线电缆； 0016 步骤三： 将各测点传感器的数据线电缆顺沿着支撑架体， 设置P。

17、VC套管， 数据线穿 于套管内， 集结于数据自动采集仪处。 每条走线在地面裸露处有外部保护措施， 并有明确清 晰的编号和标识。 尽量采用弱电工程的线槽进行线路行走， 必要时自行铺设线槽。 0017 步骤四： 传感器数据线与自动化采集仪数据采集通道的连接根据系统拓扑图和物 理连接图进行连接。 连接线缆必须贴上对应的标签， 以便以后维护和排故方便， 防止连接端 口错误； 检查自动采集系统各传感器信号正确传输， 数据采集记录原始数值备查； 0018 步骤五： 设备集中测试， 按照实施方案， 将所有的设备连接好， 使用数据接收软件 进行每个测试的数据接收测试。 0019 1)检查各传感器采集参数设置是。

18、否满足设计要求； 0020 2)当设计要求多种采集策略时， 应针对每种采集策略分别测试传感器能否正确返 回测试信号； 0021 3)单个传感器采集数据的响应时间应满足设计和产品技术文件的要求； 0022 4)静态同步采集时各传感器同步精度应小于5s。 0023 5)传感器的编号及数据在现场数据库及远程数据库中应完全对应； 0024 6)传感器数据应与其物理位置对应； 0025 7)数据存储精度应不低于传感器的分辨率。 0026 8)各传感器的测量数据不应超过传感器测量范围和设计文件规定的测量范围。 0027 步骤六： 监测系统的应用方法： 0028 1)在监测软件系统中设置合理的程序和参数， 。

19、保证采集传输得到的数据精度满足 说明书 2/5 页 5 CN 111800754 A 5 要求； 0029 2)钢结构安装分区域分段进行时， 通过数值模拟计算可预估自感知自预警临时支 撑上传感器所在位置的应力变化情况， 通过测试数据指导安装； 0030 3)如果2)项的数据与理论值出现较大偏差， 应报告施工方， 停止查找原因后继续 安装； 0031 4)最终安装结束后， 通过智能临时支撑数据可有效判断安装的完成情况； 0032 5)如果系统应用过程中APP出现报警的情况， 施工方应立即停工， 查找报警原因， 排除安全隐患后才可继续安装。 0033 步骤七： 现场施工结束后， 监测中心尽快根据接。

20、收到的大量采集数据自动完成的 数据分析、 安全评估结构状态。 为智能临时支撑的安全和整个钢结构安装过程安全性能有 效控制。 0034 步骤八： 监测系统的拆除方法： 0035 1)根据业主批准在某一施工阶段监测结束后， 需对监测系统进行在规定时间段内 拆除监测系统并回收； 0036 2)综合工作面回撤时必须按规定回撤监控线路、 设备等； 0037 3)拆除的设备必须按照设备保护措施回收保存， 确保设备可循环利用。 0038 所述自感知自预警临时支撑系统和施工方法适合在各种采用临时支撑作为多层 大跨钢结构施工工程。 0039 与现有技术相比， 本发明的有益效果是： 0040 1、 本发明所述的一。

21、种自感知自预警临时支撑系统， 通过布设传感器系统、 数据采 集与传输系统、 报警预警系统， 提供手机APP实时报警和查询功能， 实现了大跨钢结构工程 施工过程的远程安全监测和实时预警。 0041 2、 本发明所述自感知自预警临时支撑系统集智能化和信息化于一体， 实现临时支 撑系统支撑与自动安全监测作用的结合； 监测数据传输全部为无线传输， 实现数据传输自 动化； 并且通过手机APP中集成预警和评估软件， 实现胎架结构的自身安全的预警报警， 此 监测系统设计先进合理， 监测精度高， 模块化结构， 操作控制可靠性高。 0042 3、 本发明所述自感知自预警临时支撑系统不影响工程原定施工工序， 操作。

22、方便， 适用范围广， 可同步监测各布设点传感器的应力差值， 实时反馈到监测软件并经过拟定程 序处理监测数据， 为临时支撑结构安全提供可靠依据。 0043 4、 本发明自感知自预警临时支撑系统具有制造工艺简单、 经济造价合理， 操作简 便、 同步监测精度高等优点， 并且该自感知自预警临时支撑系统可循环利用， 适用于各种采 用临时支撑的大跨钢结构的施工工程。 附图说明 0044 图1为本发明实施例提供的一种施工结构示意图。 具体实施例 0045 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施。

23、例。 基于 说明书 3/5 页 6 CN 111800754 A 6 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例， 都属于本发明保护的范围。 0046 请参阅图1， 本发明提供一种实施例： 0047 步骤一： 分析具体工程临时支撑的使用特点， 通过有限元通用软件对施工过程仿 真模拟分析， 确定临时支撑杆件1的易损位置； 根据易损性分析结果确定临时支撑上传感器 布点位置和采集仪器， 并由仪器特性和传感器需求优化传感器子系统和数据采集与传输子 系统， 确定传感器2及自动采集仪3的数量； 0048 步骤二： 按步骤一中监测方案将传感器2安装在设计布设位置。

24、， 用红箱子4验证传 感器2性能是否完好， 确定传感器2可用后， 连接传感器2配套数据线电缆； 0049 步骤三： 将各测点传感器2的数据线电缆顺沿着支撑架体， 设置PVC套管， 数据线穿 于套管内， 集结于数据自动采集仪3处； 每条走线在地面裸露处有外部保护措施， 并有明确 清晰的编号和标识； 尽量采用弱电工程的线槽进行线路行走， 必要时自行铺设线槽。 0050 步骤四： 传感器数据线与自动化采集仪数据采集通道的连接根据系统拓扑图和物 理连接图进行连接。 连接线缆必须贴上对应的标签， 以便以后维护和排故方便， 防止连接端 口错误； 检查自动采集系统各传感器信号正确传输， 数据采集记录原始数值。

25、备查； 0051 步骤五： 设备集中测试， 按照实施方案， 将所有的设备连接好， 使用数据接收软件 进行每个测试的数据接收测试。 0052 1)检查各传感器采集参数设置是否满足设计要求； 0053 2)当设计要求多种采集策略时， 应针对每种采集策略分别测试传感器能否正确返 回测试信号； 0054 3)单个传感器采集数据的响应时间应满足设计和产品技术文件的要求； 0055 4)静态同步采集时各传感器同步精度应小于5s。 0056 5)传感器的编号及数据在现场数据库及远程数据库中应完全对应； 0057 6)传感器数据应与其物理位置对应； 0058 7)数据存储精度应不低于传感器的分辨率。 0059。

26、 8)各传感器的测量数据不应超过传感器测量范围和设计文件规定的测量范围。 0060 步骤六： 监测系统的应用方法： 0061 1)在监测软件系统中设置合理的程序和参数， 保证采集传输得到的数据精度满足 要求； 0062 2)钢结构安装分区域分段进行时， 通过数值模拟计算可预估自感知自预警临时支 撑上传感器所在位置的应力变化情况， 通过测试数据指导安装； 0063 3)如果2)项的数据与理论值出现较大偏差， 应报告施工方， 停止查找原因后继续 安装； 0064 4)最终安装结束后， 通过智能临时支撑数据可有效判断安装的完成情况； 0065 5)如果系统应用过程中APP出现报警的情况， 施工方应立。

27、即停工， 查找报警原因， 排除安全隐患后才可继续安装。 0066 步骤七： 现场施工结束后， 监测中心尽快根据接收到的大量采集数据自动完成的 数据分析、 安全评估结构状态。 为智能临时支撑的安全和整个钢结构安装过程安全性能有 效控制。 说明书 4/5 页 7 CN 111800754 A 7 0067 步骤八： 监测系统的拆除方法： 0068 1)根据业主批准在某一施工阶段监测结束后， 需对监测系统进行在规定时间段内 拆除监测系统并回收； 0069 2)综合工作面回撤时必须按规定回撤监控线路、 设备等； 0070 3)拆除的设备必须按照设备保护措施回收保存， 确保设备可循环利用。 说明书 5/5 页 8 CN 111800754 A 8 图1 说明书附图 1/1 页 9 CN 111800754 A 9 。