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一種基于現場監測的建筑物損傷評價分析系統及方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510450714.7

申請日:

2015.07.28

公開號:

CN104992036A

公開日:

2015.10.21

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G06F 17/50申請日:20150728|||公開
IPC分類號: G06F17/50; G06Q50/08(2012.01)I 主分類號: G06F17/50
申請人: 青島理工大學
發明人: 于廣明; 張洋; 袁長豐; 吳艷霞; 李冰冰
地址: 266000山東省青島市市北區撫順路11號
優先權:
專利代理機構: 青島中天匯智知識產權代理有限公司37241 代理人: 萬桂斌
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510450714.7

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2015.11.18|||2015.10.21

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

一種基于現場監測的建筑物損傷評價分析系統,包括基本數據庫和評價數據庫,它們基于GIS軟件進行存儲、數據處理和分析。所述基本數據庫包括建筑物結構基本資料和建筑物檢測數據信息,所述評價數據庫包括評價參數和評價標準。基于上述系統對建筑物進行評價,首先運行評價數據庫,提取存儲于基本數據庫的數據,對這些數據進行相關分析并作為評價參數;以構件、子單元、鑒定單元三個層次進行評價,上述評價結果結合構件可靠性評價從而得出最終評價結果。本發明將建筑物的檢測數據存入數據庫,通過編制計算機程序,可以快速、精準地得到對建筑物質量等級進行評價,從而極大地提高工作效率,并為建筑結構的健康維護和加固設計提供可靠的依據。

權利要求書

權利要求書
1.  一種基于現場監測的建筑物損傷評價分析系統,其特征在于,包括基本數據庫和評價數據庫;
所述基本數據庫包括建筑物結構基本資料和建筑物檢測數據信息,按照數據形式分為圖形數據庫和屬性數據庫;
建筑物結構基本資料包括:結構基本情況包括結構布置和結構形式;圈梁、支撐、或其他抗側力系統布置;結構整體性;結構構件使用的材料;結構及其支承構造和連接構件構造;結構系部的尺寸;混凝土外部環境因素和其他相關幾何參數;結構使用條件調查核實包括建筑物結構上的作用;周圍環境和地下水情況;使用時間和荷載史;地基基礎信息;地基的穩定性;變形和土層的分布情況;
建筑物檢測數據信息包括:墻體裂縫開裂長度走向及寬度,傾斜測量,樓、屋面荷載,材料強度,磚的標號;對該建筑物的主要結構構件進行受壓承載力、抗震承載力、高厚比和局部承壓驗算,檢測收集到的數據通過人工輸入并存儲于基本數據庫中的屬性數據庫中;所述評價數據庫包括評價參數和評價標準,評價數據庫運行時,提取存儲于基本數據庫的數據,對檢測構件的數據進行安全性和可靠性分析并作為評價參數;評價標準分為三個層次:構件,子單元,鑒定單元。

2.  根據權利要求1所述的基于現場監測的建筑物損傷評價分析系統,其特征在于,所述構件為第一層次,包括:⑴混凝土結構構件安全性鑒定,包括承載能力、構造、不適與繼續承載的位移或變形、裂縫四個評定,分別評定每一受檢構件等級,并取其中最低一級作為構件安全等級;⑵鋼結構構件安全性鑒定,包括承載能力、構造、不適與繼續承載的位移或變形三個評定,取其中最低一級作為結構安全性等級;⑶砌體構件安全性鑒定,包括承載能力、構造、不適與繼續承載的位移或變形、裂縫四個評定,分別評定每一受檢構件等級,并取其中最低一級作為構件安全等級。

3.  根據權利要求1所述的基于現場監測的建筑物損傷評價分析系統,其特征在于,所述子單元為第二層次,包括:地基基礎、上部承重結構和圍護系統的承重部分三個子單元;⑴地基基礎安全性鑒定,包括地基、樁基、斜坡三個檢查項目和基礎、樁兩個主要構件;地基、樁基、斜坡三個項目直接從第二層次評級,基礎和樁根據第一層次單個構件的評定結果,參與第二層次的評定,上述5項中最低一級為基礎單元等級;⑵上部承重結構安全性鑒定,根據構件的安全性、結構整體性等級,以及結構側向位移等級進行評定,以主要構件和結構側向位移等級最低一級作為上部承重結構的安全性等級;⑶圍護系統的承重部分安全性 鑒定,根據該系統專設的和參與該系統工作的各種等級,以及該部分結構整體性安全性等級進行評級;圍護系統承重結構安全性等級按下列原則確定:①當僅有Au級和Bu級時,按占多數級別確定;②當含有Cu級或Du級時,按下列規定評級:當Cu級或Du級屬于主要構件時,按最低等級確定;當Cu級或Du級屬于一般構件時,按實際情況定為Bu級或Cu級;③圍護系統承重部分安全等級,不得高于上部承重結構等級。

4.  根據權利要求1所述的基于現場監測的建筑物損傷評價分析系統,其特征在于,所述鑒定單元為第三層次,在子單元評級基礎上進行,鑒定單元的安全等級按下列原則確定:①一般情況下,根據地基基礎和上部承重結構的評定結果按其中較低等級確定;②當鑒定單元的安全性等級按上款評為Asu級或Bsu級,但圍護系統承重部分的等級Cu級或Du級時,根據實際情況將鑒定單元所評等級降低一級或二級,但最后鎖定的等級不得低于Csu級。

5.  一種基于權利要求1-4任一所述的現場監測的建筑物損傷評價分析方法,其特征在于,步驟如下:
(1)建立基本數據庫和評價數據庫;
(2)建筑物構件可靠性評價;
(3)構件、子單元和鑒定單元的等級評定;
所述步驟(2)中對建筑物構件進行可靠性評價時,將可靠度定義為時間函數,構件達目標使用期時的終期可靠指標β(T)滿足:式中:β0.25為最低可靠指標,β0.25=0.85βT;βT為目標可靠指標,從現行規范查得;η為耐久性設計系數,其中S為現行規范中荷載設計值;R為現行規范中抗力設計值;S(T)為荷載在目標使用期內設計值;R(T)為抗力達到目標使用期時的取值;T為設計目標使用年限;如果β(T)滿足上式,說明結構構件達到目標使用期時,構件結構質量滿足預計的要求,設計方案的結構質量和使用壽命是安全、耐久的;反之,如果β(T)不滿足上式,則說明結構構件不能安全、可靠地實現目標使用期。

說明書

說明書一種基于現場監測的建筑物損傷評價分析系統及方法
技術領域
本發明涉及一種基于現場監測的建筑物損傷評價分析系統及方法。
背景技術
建筑結構隨著服役時間的增長,結構受到自身不斷老化、使用條件變化及環境侵蝕等因素的影響,建筑結構內部逐漸損傷,其力學性能也逐漸降低。在我國,70%以上的建筑結構的服役期限在20-30年(一般結構服役期限為50年),大部分建筑結構存在不同程度的損傷,給使用者帶來極大的安全隱患。因此,對這些建筑結構進行損傷評價,并根據損傷程度和損傷部位進而進行健康維護,十分必要。
目前,建筑結構損傷評價的行之有效辦法是在現場進行檢測和鑒定,然后依據現有的鑒定規范《民用建筑可靠性鑒定標準》對建筑物進行評價時,需要逐項進行評定。對于相對復雜的建筑物,由于數據量比較大,人工評定費時費力,效率低下,人為因素較多。雖然許多工程師追求效率在鑒定中引入了計算機,但只是通過使用軟件進行計算并沒有對結構進行理論分析。因此,引入結構可靠度時間函數,建立一套科學、快速、精準評價地建筑物損傷評價分析系統,為使用人員提供建筑評級、建筑耐久性及剩余壽命的評估。
發明內容
針對現有的對建筑結構損傷人工評定方式費時費力、效率低下的問題,本發明特提出一種基于GIS軟件的數據存儲、處理和分析功能的評價分析系統和方法,能夠科學、快速、精準地對建筑物損傷進行評價分析。
一種基于現場監測的建筑物損傷評價分析系統,包括基本數據庫和評價數據庫;
所述基本數據庫包括建筑物結構基本資料和建筑物檢測數據信息,按照數據形式分為圖形數據庫和屬性數據庫;
建筑物結構基本資料包括:結構基本情況包括結構布置和結構形式;圈梁、支撐、或其他抗側力系統布置;結構整體性;結構構件使用的材料;結構及其支承構造和連接構件構造;結構系部的尺寸;混凝土外部環境因素和其他相關幾何參數;結構使用條件調查核實包括建筑物結構上的作用;周圍環境和地下水情況;使用時間和荷載史;地基基礎信息;地基的穩定性;變形和土層的分布情況。
建筑物檢測數據信息包括:墻體裂縫開裂長度走向及寬度,傾斜測量,樓、屋面荷載,材 料強度,磚的標號;依據現行《砌體結構設計規范》、《混凝土結構設計規范》和《建筑抗震設計規范》,對該建筑物的主要結構構件進行受壓承載力、抗震承載力、高厚比和局部承壓驗算,檢測收集到的數據通過人工輸入并存儲于基本數據庫中的屬性數據庫中。
所述評價數據庫包括評價參數和評價標準,評價數據庫運行時,提取存儲于基本數據庫的數據,對檢測構件的數據進行安全性和可靠性分析并作為評價參數;評價標準依照《民用建筑可靠性鑒定標準》,分為三個層次:構件,子單元,鑒定單元。
所述構件為第一層次,包括:⑴混凝土結構構件安全性鑒定,包括承載能力、構造、不適與繼續承載的位移或變形、裂縫四個評定,分別評定每一受檢構件等級,并取其中最低一級作為構件安全等級;⑵鋼結構構件安全性鑒定,包括承載能力、構造、不適與繼續承載的位移或變形三個評定,取其中最低一級作為結構安全性等級;⑶砌體構件安全性鑒定,包括承載能力、構造、不適與繼續承載的位移或變形、裂縫四個評定,分別評定每一受檢構件等級,并取其中最低一級作為構件安全等級。
所述子單元為第二層次,包括:地基基礎、上部承重結構和圍護系統的承重部分三個子單元;⑴地基基礎安全性鑒定,包括地基、樁基、斜坡三個檢查項目和基礎、樁兩個主要構件;地基、樁基、斜坡三個項目直接從第二層次評級,基礎和樁根據第一層次單個構件的評定結果,參與第二層次的評定,上述5項中最低一級為基礎單元等級;⑵上部承重結構安全性鑒定,根據構件的安全性、結構整體性等級,以及結構側向位移等級進行評定,以主要構件和結構側向位移等級最低一級作為上部承重結構的安全性等級;⑶圍護系統的承重部分安全性鑒定,根據該系統專設的和參與該系統工作的各種等級,以及該部分結構整體性安全性等級進行評級;圍護系統承重結構安全性等級按下列原則確定:①當僅有Au級和Bu級時,按占多數級別確定;②當含有Cu級或Du級時,按下列規定評級:當Cu級或Du級屬于主要構件時,按最低等級確定;當Cu級或Du級屬于一般構件時,按實際情況定為Bu級或Cu級;③圍護系統承重部分安全等級,不得高于上部承重結構等級。
所述鑒定單元為第三層次,在子單元評級基礎上進行,鑒定單元的安全等級按下列原則確定:①一般情況下,根據地基基礎和上部承重結構的評定結果按其中較低等級確定;②當鑒定單元的安全性等級按上款評為Asu級或Bsu級,但圍護系統承重部分的等級Cu級或Du級時,根據實際情況將鑒定單元所評等級降低一級或二級,但最后鎖定的等級不得低于Csu級。
一種基于現場監測的建筑物損傷評價分析方法,基于上述系統,步驟如下:
(1)建立基本數據庫和評價數據庫;
(2)建筑物構件可靠性評價;
(3)構件、子單元和鑒定單元的等級評定。
所述步驟(2)中對建筑物構件進行可靠性評價時,將可靠度定義為時間函數,構件達目標使用期時的終期可靠指標β(T)滿足:式中:β0.25為最低可靠指標,β0.25=0.85βT;βT為目標可靠指標,從現行規范查得;η為耐久性設計系數,其中S為現行規范中荷載設計值;R為現行規范中抗力設計值;S(T)為荷載在目標使用期內設計值;R(T)為抗力達到目標使用期時的取值;T為設計目標使用年限;如果β(T)滿足上式,說明結構構件達到目標使用期時,構件結構質量滿足預計的要求,設計方案的結構質量和使用壽命是安全、耐久的;反之,如果β(T)不滿足上式,則說明結構構件不能安全、可靠地實現目標使用期。
本發明的系統由基本數據庫和評價數據庫組成,它們基于GIS軟件進行存儲、數據處理和分析。其中GIS軟件管理數據存儲與組織是一個數據集成的過程,也是建立GIS數據庫的關鍵步驟,涉及到空間數據和屬性數據的組織。刪格模型、矢量模型或刪格/矢量混合模型是常用的空間數據組織方式。空間數據結構的選擇在一定程度上決定了系統所能執行的數據操作與分析的功能。混合型數據結構利用了矢量與刪格數據結構的優點,為許多成功的GIS軟件系統所采用。屬性數據的組織有文件系統及采用層次結構、網絡結構或關系結構的數據庫管理系統等。
本發明的系統和方法對建筑物損傷情況進行科學的評價,在相關規范和基本理論基礎上,借助于計算機的輔助,將建筑物的檢測數據存入數據庫,通過編制計算機程序,可以快速、精準地得到對建筑物質量等級進行評價,從而極大地提高工作效率,并為建筑結構的健康維護、加固設計、耐久性以及使用壽命評估提供可靠的依據。
附圖說明
圖1為本發明系統工作框架圖;
圖2為基本數據庫信息圖;
圖3為評價數據庫信息圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例及附圖對本發明做進一步詳細說明,系統工作流程如圖1所示。
1.建筑物檢測基本程序與建筑物質量信息采集
(1)鑒定基本程序:①確定鑒定目的及范圍;②初步調查,在現場進行實地勘察、調查;③確定檢測鑒定內容,包括檢測項目、檢測鑒定目的和范圍;④詳細調查、檢測,主要是圍繞建筑物結構的強度、剛度及穩定性進行;⑤民用建筑可靠性鑒定評級層次、等級劃分;⑥鑒定報告。
(2)建筑物質量信息采集:①地基基礎調查與檢查,包括地基土層情況、基礎結構類型、地基混凝土強度;②上部結構構件檢查,包括承重結構裂縫損傷檢查和建筑物構造縫、非結構損傷檢測;③其他檢查,包括樓、屋面荷載調查、傾斜測量、其它構造縫與非承重構件損傷調查;④材料強度檢測。
(3)采集信息由現場人員用智能手機通過網絡云端將數據傳入到計算機中。
(4)檢測數據處理
①回彈法:Rm=Σi=110Ri10]]>
式中Rm—測區平均回彈值,精確至0.1;
Ri—第i個測點的回彈值。
當回彈儀測試位置非水平方向時,考慮不同測試角度,回彈值應按Rm=Rma+Raα公式修正。
Rma—非水平方向檢測時測區的平均回彈值,精確到0.1;
Raα—非水平方向檢測時回彈值的修正值。
②鉆芯法:fcuc=α4Fπd2]]>
—芯樣試件混凝土強度換算值,MPa;
F—芯樣抗壓試驗所得的最大壓力,N;
d—芯樣試件的平局直徑,mm;
α—不同高徑比的芯樣試件強度修正系數。
③混凝土碳化深度:
dm—測區平均混凝土碳化值;
di—第i測區碳化值;
n—混凝土構件測區數。
④淺裂縫深度:
dc—裂縫深度,mm;
L—無縫評測換能器之間第i點的超聲波實際傳播距離,mm;
tc—過縫平測時第i點的聲時值;
t—無縫評測時第i點的聲時值。
⑤傾斜度:i=eHe=ex2+ey2θ=arctanexey]]>
e—建筑物傾斜量;
ex、ey—為經緯儀投影法測量頂點相對于底點的水平位移分量;
i—傾斜度;
H—角部邊緣線頂點、底點之間的垂直距離;
θ—傾斜方向角。
(5)檢測的質量信息和處理后的數據存儲到基本數據庫。
2.基本數據庫
基本數據庫是由建筑結構基本資料和建筑物檢測數據信息組成,按照數據形式分為圖形數據庫和屬性數據庫,如圖2所示。
(1)建筑物結構基本資料包括:
建筑物結構基本資料包括:結構基本情況如結構布置和結構形式;圈梁、支撐、或其他抗側力系統布置;結構整體性;結構構件使用的材料;結構及其支承構造和連接構件構造;結構系部尺寸;混凝土外部環境因素和其他相關幾何參數;結構使用條件調查核實如建筑物結構上的作用;周圍環境和地下水情況;使用時間和和荷載史;地基基礎信息;地基的穩定性;變形 和土層的分布情況。
(2)場地建筑檢測數據信息包括:墻體裂縫開裂長度走向及寬度,傾斜測量,樓、屋面荷載,材料強度,磚的標號;依據現行《砌體結構設計規范》、《混凝土結構設計規范》和《建筑抗震設計規范》,對該建筑物的主要結構構件進行受壓承載力、抗震承載力、高厚比和局部承壓驗算,檢測收集到的數據通過人工輸入并存儲于基本數據庫中的屬性數據庫中。
3.建筑物質量評價數據庫
(1)評價數據庫包含檢測數據分析和評價標準,如圖3所示。評價數據庫的運行,將存儲于基本數據庫的檢測數據提取,對檢測構件的數據進行安全性和可靠性分析并作為評價參數,用評價標準對各個參數進行等級評定。評價標準依照《民用建筑可靠性鑒定標準》,將評價參數分為三個層次:構件,子單元,鑒定單元。
構件為第一層次,最基層。①混凝土結構構件安全性鑒定包括:承載能力、構造、不適與繼續承載的位移(或變形)和裂縫四個評定,分別評定每一受檢構件等級,并取其中最低一級作為構件安全等級;②鋼結構構件安全性鑒定包括承載能力、構造、不適與繼續承載的位移(或變形)三個評定;取其中最低一級作為結構安全性等級;③砌體構件與混凝土構件評定方法基本相同。
混凝土構件承載力等級評定按公式計算,R和S分別為結構構件的抗力和作用效應,γ0為結構重要性系數,如表1所示;構造等級評定標準如表2所示;不適與繼續承載的位移(或變形)等級評定標準如表3所示;裂縫等級評定標準如表4所示。
表1混凝土構件承載力等級評定標準
構件等級aubucudu主要構件≥1.0≥0.95且<1≥0.90且<0.95<0.90一般構件≥1.0≥0.90且<1≥0.85且<0.90<0.85
表2混凝土構造等級評定標準


表3混凝土不適與繼續承載的位移(或變形)等級評定標準(l0為構件計算跨度)

表4混凝土裂縫等級評定標準

注:表中的剪切裂縫是斜拉裂縫,以集中荷載靠近支座處出現或深梁中出現的斜拉裂縫。
鋼結構構件承載力等級按公式計算,R和S分別為結構構件的抗力和作用效應,γ0為 結構重要性系數,如表5;構造等級評定按表6;不適于繼續承載的位移(或變形)按表7。
表5鋼結構構件承載力等級評定標準
構件等級aubucudu主要構件≥1.0≥0.95且<1≥0.90且<0.95<0.90一般構件≥1.0≥0.90且<1≥0.85且<0.90<0.85
表6鋼結構構造等級評定標準

表7鋼結構不適與繼續承載的位移(或變形)等級評定標準(ls為網架短向計算跨度,l0為構件計算跨度)


砌體結構構件承載力等級按公式計算,R和S分別為結構構件的抗力和作用效應,γ0為結構重要性系數,如表8。構造等級評定按表9。
表8砌體結構構件承載力等級評定標準
構件等級aubucudu主要構件≥1.0≥0.95且<1≥0.90且<0.95<0.90一般構件≥1.0≥0.90且<1≥0.85且<0.90<0.85
表9砌體結構構造承載力等級評定標準

子單元為第二層次,子單元包括地基基礎、上部承重結構和圍護系統的承重部分等三個子單元。①地基基礎安全性鑒定包括地基、樁基、斜坡三個檢查項目和基礎、樁兩個主要構件。地基、樁基、斜坡等三個項目因無法細分,故直接從第二層次評級,基礎和樁需根據第一層次單個構件的評定結果,參與第二層次的評定,上述5項中最低一級為基礎單元等級;②上部承重結構子單元的安全性鑒定等級根據構件的安全性、結構整體性等級,以及結構側向位移等級進行評定,一般按主要構件和結構側向位移等級最低一級作為上部承重結構的安全性等級(表10-12);
表10主要構件安全性等級的評定標準(m為鑒定單元層數)


表11結構整體等級的評定標準


表12各類結構不適于繼續承載的側向位移評定標準(H為結構頂點高度,Hi第i層層間高度)


③圍護系統的承重部分子單元安全性等級根據該系統專設的和參與該系統工作的各種等級,以及該部分結構整體性安全性等級進行評級。圍護系統承重結構安全性等級按下列原則確定:⑴當僅有Au級和Bu級時,按占多數級別確定。⑵當含有Cu級或Du級時,可按下列規定評級:1)若Cu級或Du級屬于主要構件時,按最低等級確定;2)若Cu級或Du級屬于一般構件時,可按實際情況,定為Bu級或Cu級。⑶圍護系統承重部分安全等級,不得高于上部承重結構等級。
鑒定單元為第三層次,最高層。是在子單元評級基礎上進行,也屬于多因素綜合評定。鑒定單元的安全等級,按下列原則確定:①一般情況下,應根據地基基礎和上部承重結構的評定結果按其中較低等級確定。②當鑒定單元的安全性等級按上款評為Asu級或Bsu級但圍護系統承重部分的等級Cu級或Du級時,可根據實際情況將鑒定單元所評等級降低一級或二級,但最后鎖定的等級不得低于Csu級。
(2)建筑結構可靠性評價時,將可靠度定義為時間函數,用可靠度的方法對建筑物結構進行評價。耐久性設計系數式中:S為現行規范中荷載設計值;R為現行規范中抗力設計值;S(T)為荷載在目標使用期內設計值;R(T)為抗力達到目標使用期時的取值;T為設計目標使用期,可取50年。構件達目標使用期時的終期可靠指標β(T)表達式為:式中:βt為要求設計的結構在服役t年應具有的可靠性指標,βt最小值應大于規定的最低的可靠指標β0.25,最大值不超過目標可靠指標βT,即βt應滿足βt=[β0.25,βT]。經計算,β(T)滿足:如果β(T)滿足上式,說明結構構件達到目標使用期時,構件結構質量滿足預計的要求,設計方案的結構質量和使用壽命是安全、耐久的;反之,如果β(T)不滿足上式,則說明結構構件不能安全、可靠地實現目標使用期。
(3)綜合評價,先用可靠性β(T)對構件進行評定、再用《民用建筑可靠性鑒定標準》對構件、子單元和鑒定單元進行評定等級。

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一種 基于 現場 監測 建筑物 損傷 評價 分析 系統 方法
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