基于移動無線技術的火災后鋼結構損傷評估系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于移動無線技術的火災后鋼結構損傷評估系統，包括：基于后臺服務器建立的火災后鋼結構損傷數據庫、火災后鋼結構剩余承載力計算系統與火災后鋼結構安全性鑒定系統；基于移動設備建立的現場數據快速采集系統以及使該現場數據快速采集系統與后臺服務器無線雙向連接的無線通信傳輸系統。本發明可快速采集現場構件數據，并通過損傷數據庫，剩余承載力計算系統與安全性鑒定系統，通過定量分析與定性分析，對各級指標進行逐級遞推運算，自動確定火災后鋼結構損傷、安全等級，形成火災后鋼結構損傷、安全評估結果。
【專利說明】基于移動無線技術的火災后鋼結構損傷評估系統
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鋼結構工程【技術領域】，涉及一種直接應用于火災后鋼結構檢測或鑒定 的基于移動無線技術的火災后鋼結構損傷評估系統。
【背景技術】
[0002] 鋼結構因其自重輕、強度高、抗震性能好、工業化程度高、施工周期短、綜合經濟效 益好等優點，已被廣泛應用到建筑結構中。然而，由于鋼材的材料性能對溫度影響較為敏 感，一旦發生火災，鋼結構輕則破壞、重則坍塌。對于受火而未坍塌的鋼結構，其主要受力構 件的鋼材屈服強度會有不同程度的降低，但一般不會超過20%，單個構件的剩余承載力還 是很大的。所以對于受火而未坍塌的鋼結構，一般通過適當的加固措施恢復建筑物的使用 功能，往往是最佳的處置方案，由此帶來的經濟效益是最顯著的。因此，對火災后鋼結構工 程進行損傷評估意義重大，影響深遠。
[0003] 目前國內對于火災后鋼結構損傷識別、安全性評估，尚無公認的標準化理論和方 法，雖然有《火災后建筑結構鑒定標準》(CECS252:2009)可供參考，但由于其涉及鋼結構的 內容偏少、不夠全面，實踐中主要憑借專家經驗判斷。
[0004] 火災后鋼結構損傷識別、安全性評估一般包含以下內容：
[0005] (1)火場溫度確定。火災后鋼結構損傷識別的前提是確定火場溫度，目前火場溫度 主要有根據IS0-834標準升溫曲線推定、根據火場殘留物推定、根據鋼材的微觀分析推定、 根據材料殘余強度推定、根據鋼材硬度推定、根據金屬表面熱變色推定、根據構件受損特征 推定等幾種。以上方法中，根據IS0-834標準升溫曲線推定，屬于理論推算，實踐表明誤差 較大；其他方法存在共同問題，即均需深入火災現場提取必要材料信息，一方面火場情況復 雜、操作困難，另一方面也為檢測人員帶來安全隱患。
[0006] (2)火災后鋼結構構件損傷識別。一般地，火災后鋼結構構件損傷識別分為外觀 損傷、變形、剩余承載力三個層面。當火災發生后，火場內部情況復雜，結構隨時存在倒塌風 險，因此，對構件外觀損傷、變形情況進行準確評估，難度較大，現場工作量繁重。另外，火災 后鋼結構構件剩余承載力目前尚無任何規范予以明確規定，只是在《火災后建筑結構鑒定 標準》(CECS252:2009)中模糊地提到"火災后結構構件的抗力，在考慮火災作用對結構材料 性能、結構受力性能的不利影響后，可按照現行設計規范和標準的規定進行驗算分析"，實 踐中缺乏統一標準。
[0007] (3)火災后鋼結構安全性評估。《火災后建筑結構鑒定標準》(CECS252:2009)對于 火災后鋼結構構件安全性評估作了規定，但對于結構整體安全性評級，該標準沒有涉及。由 于火災對鋼結構的損傷具有特殊性和不確定性，因此，在對鋼結構整體安全性進行評估過 程中，現場數據采集多為人工記錄，強度大、容錯性較低，后期評估缺乏統一標準，計算分析 往往帶有人為主觀經驗判斷，難以形成科學、統一的評判結果。
【發明內容】
[0008] 為了解決上述的技術問題，本發明提出了基于移動無線技術的火災后鋼結構損傷 評估系統。
[0009] 本發明是這樣實現的：基于移動無線技術的火災后鋼結構損傷評估系統，包括 有：
[0010] 現場數據快速采集系統，用于采集火災后鋼結構現場構件數據；
[0011] 基于后臺服務器建立的火災后鋼結構損傷數據庫、火災后鋼結構剩余承載力計算 系統以及火災后鋼結構安全性鑒定系統；
[0012] 無線通訊傳輸系統，使所述現場數據快速采集系統與所述后臺服務器相無線通訊 連接，將所述現場數據快速采集系統采集的火災后鋼結構現場構件數據同步轉換識別為默 認的信息后傳送到所述火災后鋼結構損傷數據庫，并自動按預置方法進行火災后鋼結構剩 余承載力計算、對剩余構件承載力安全性評級以及火災后鋼結構安全性鑒定，自動確定火 災后鋼結構損傷程度、安全等級。
[0013] 其中，所述火災后鋼結構損傷數據庫包括有：
[0014] 構件防火保護層受損特征數據庫，并根據構件防火保護層受損特征確定相應損傷 等級；
[0015] 構件殘余變形與撕裂特征數據庫，并根據構件殘余變形與撕裂特征確定相應損傷 等級；
[0016] 構件局部屈曲與扭曲特征數據庫,并根據構件局部屈曲與扭曲特征確定相應損傷 等級；
[0017] 構件整體變形特征數據庫，并根據構件整體變形特征確定相應損傷等級；
[0018] 連接節點受損特征數據庫，按照涂裝與防火涂層、連接板殘余變形與撕裂、焊縫撕 裂與螺栓滑移及變形三個子項建立，并根據構件連接節點受損特征確定相應損傷等級；
[0019] 火災后鋼結構微觀分析數據庫，根據過火后鋼材魏氏組織、馬氏體金相變化情況 建立，并根據過火后鋼材魏氏組織、馬氏體金相變化特征確定相應損傷等級；
[0020] 火場溫度推定系統，根據IS0834標準升溫曲線、火場殘留物特征、鋼材的微觀分 析、材料殘余強度、鋼材硬度、金屬表面熱變色、構件受損特征建立；
[0021] 所述損傷等級分為IIa、IIb、III、IV四級。
[0022] 所述火災后鋼結構剩余承載力計算系統，通過在現有鋼結構構件驗算公式中引入 火災后鋼材的強度折減系數nT，火災后構件抗力分項系數Yt建立，用于按預置方法進行 軸心拉、壓構件強度驗算、軸心受壓構件穩定性驗算、單軸受彎構件強度驗算、單軸受彎構 件穩定性驗算、拉彎、壓彎構件強度驗算、壓彎構件穩定性驗算，并根據驗算結構對火災后 鋼結構剩余構件承載力安全性按預置方法進行評級，分為B、C、D三級。
[0023] 所述火災后鋼結構安全性鑒定系統，用于根據所述火災后鋼結構剩余承載力計算 系統對火災后鋼結構剩余承載力安全性的評級結果以及所述火災后鋼結構損傷數據庫確 定的相應的損傷等級對火災后鋼結構安全性進行鑒定評級。
[0024] 所述火災后鋼結構安全性鑒定評級的計算準則如下：
[0025] (1)火災后鋼結構構件安全性等級分IIa、IIb、III、IV四級；
[0026] (2)火災后鋼結構安全性等級分為B、C、D三級；
[0027] (3)火災后鋼結構安全性等級，按重要構件集和次要構件集中的各構件安全性等 級百分比確定：所述重要構件指柱、梁；所述次要構件指除所述柱、梁外的其他構件；
[0028] 所述重要構件集評級標準如下：
[0029] B級：構件集中不含IV級構件，可含III級構件且含量不多于20% ;
[0030] C級：構件集中含III級構件且含量不多于50%，或含IV級構件且堅向構件含量不 少于10%或水平構件含量不少于15% ;
[0031] D級：構件集中含III級構件且含量多于50%，或含IV級構件且堅向構件含量不少 于10%或水平構件含量不少于15% ;
[0032] 所述次要構件集評級標準如下：
[0033] B級：構件集中不含IV級構件，可含III級構件且含量不多于25% ;
[0034]C級：構件集中含III級構件且含量不多于50%，或含IV級構件且含量少于20%;
[0035]D級：構件集中含III級構件且含量多于50%，或含IV級構件且含量不少于20%;
[0036] 其中，火災后鋼結構的安全性等級，按鑒定單元中重要構件集中的最低等級確定； 當鑒定單元中次要構件集的最低安全性等級比重要構件集的最低安全性等級低二級時，其 安全性等級可按重要構件集的最低安全性等級降一級確定。
[0037] 所述現場數據快速采集系統用于以系統預設的文本信息格式和\或圖像格式提 取或采集火災后現場數據，通過所述無線通訊傳輸系統實時傳送至所述火災后鋼結構損傷 數據庫，使所述火災后鋼結構損傷數據庫與火災后現場構件數據同步。
[0038] 所述火災后現場數據包括火場殘留物特征、構件表面損傷、構件變形關鍵信息。
[0039] 所述現場數據快速采集系統包括現場數據采集裝置以及移動設備，所述移動設備 與所述現場數據采集裝置雙向通信連接，用于將采集的系統預設文本信息格式和\或圖像 格式傳送至所述現場數據采集裝置，再由所述現場數據采集裝置通過所述無線通訊傳輸系 統傳送至所述火災后鋼結構損傷數據庫。
[0040] 本發明基于移動無線技術的火災后鋼結構損傷評估系統，可以實現火災后現場數 據的快速采集，并傳送到火災后鋼結構損傷數據庫，由所述火災后鋼結構剩余承載力計算 系統以及火災后鋼結構安全性鑒定系統，根據所述傳送現場構件數據，自動按預置方法進 行火災后鋼結構剩余承載力計算，對火災后鋼結構剩余承載力安全性進行評級以及火災后 鋼結構安全性鑒定，自動確定火災后鋼結構損傷程度、安全等級，實現了快速確定火災后鋼 結構損傷程度、安全等級。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0041] 圖1是本發明提供的基于移動無線技術的火災后鋼結構損傷評估系統的模型圖；
[0042] 圖2所示為現場數據快速采集系統采集數據的方法示意圖。
【具體實施方式】
[0043] 下面，結合實例對本發明的實質性特點和優勢作進一步的說明，但本發明并不局 限于所列的實施例。
[0044] 參見圖1所示，本發明所述基于移動無線技術的火災后鋼結構損傷評估系統，包 括有：
[0045] 現場數據快速采集系統，用于采集火災后鋼結構現場構件數據；
[0046] 基于后臺服務器建立的火災后鋼結構損傷數據庫、火災后鋼結構剩余承載力計算 系統以及火災后鋼結構安全性鑒定系統；
[0047] 無線通訊傳輸系統，使所述現場數據快速采集系統與所述后臺服務器相無線通訊 連接，將所述現場數據快速采集系統采集的火災后鋼結構現場構件數據同步轉換識別為默 認的信息后傳送到所述火災后鋼結構損傷數據庫，并自動按預置方法進行火災后鋼結構剩 余承載力計算、對剩余構件承載力安全性評級以及火災后鋼結構安全性鑒定，自動確定火 災后鋼結構損傷程度、安全等級。
[0048] 本發明通過現場數據快速采集系統通過無線通訊傳輸系統將采集的火災后現場 構件數據同步轉換為系統可識別的數據格式后傳送至所述火災后鋼結構損傷數據庫，由火 災后鋼結構剩余承載力計算系統以及火災后鋼結構安全性鑒定系統根據采集的火災后鋼 結構現場構件數據，按預置方法進行火災后鋼結構剩余承載力計算，對火災后鋼結構剩余 承載力進行評級以及火災后鋼結構安全性鑒定，確定火災后鋼結構損傷程度、安全等級，實 現了對火災后鋼結構的智能化快速評估，而且提高了評估結構的準確性以及精確性。
[0049] 所述火災后鋼結構損傷數據庫包括有：
[0050] 1)構件防火保護層受損特征數據庫，該構件防火保護層受損特征數據庫根據構件 防火保護層受損特征確定相應的損傷等級，如IIa、IIb、III、IV等，件防火保護層受損傷等 級確定標準可參考如下表1所示進行：
[0051]
【權利要求】
1. 基于移動無線技術的火災后鋼結構損傷評估系統，其特征在于，包括有： 現場數據快速采集系統，用于采集火災后鋼結構現場構件數據； 基于后臺服務器建立的火災后鋼結構損傷數據庫、火災后鋼結構剩余承載力計算系統 以及火災后鋼結構安全性鑒定系統； 無線通訊傳輸系統，使所述現場數據快速采集系統與所述后臺服務器相無線通訊連 接，將所述現場數據快速采集系統采集的火災后鋼結構現場構件數據同步轉換識別為默認 的信息后傳送到所述火災后鋼結構損傷數據庫，并自動按預置方法進行火災后鋼結構剩余 承載力計算、對剩余構件承載力安全性評級以及火災后鋼結構安全性鑒定，自動確定火災 后鋼結構損傷程度、安全等級。
2. 根據權利要求1所述基于移動無線技術的火災后鋼結構損傷評估系統，其特征在 于，所述火災后鋼結構損傷數據庫包括有： 構件防火保護層受損特征數據庫，并根據構件防火保護層受損特征確定相應損傷等 級； 構件殘余變形與撕裂特征數據庫，并根據構件殘余變形與撕裂特征確定相應損傷等 級； 構件局部屈曲與扭曲特征數據庫，并根據構件局部屈曲與扭曲特征確定相應損傷等 級； 構件整體變形特征數據庫，并根據構件整體變形特征確定相應損傷等級； 連接節點受損特征數據庫，按照涂裝與防火涂層、連接板殘余變形與撕裂、焊縫撕裂與 螺栓滑移及變形三個子項建立，并根據構件連接節點受損特征確定相應損傷等級； 火災后鋼結構微觀分析數據庫，根據過火后鋼材魏氏組織、馬氏體金相變化建立，并根 據過火后鋼材魏氏組織、馬氏體金相變化特征確定相應損傷等級； 火場溫度推定系統，根據ISO-834標準升溫曲線、火場殘留物特征、鋼材的微觀分析、 材料殘余強度、鋼材硬度、金屬表面熱變色、構件受損特征建立； 所述損傷等級分為II a、II b、III、IV四級。
3. 根據權利要求1或2所述基于移動無線技術的火災后鋼結構損傷評估系統，其特征 在于，所述火災后鋼結構剩余承載力計算系統，通過在現有鋼結構構件驗算公式中引入火 災后鋼材的強度折減系數nT，火災后構件抗力分項系數YT建立，用于按預置方法進行軸 心拉、壓構件強度驗算、軸心受壓構件穩定性驗算、單軸受彎構件強度驗算、單軸受彎構件 穩定性驗算、拉彎、壓彎構件強度驗算、壓彎構件穩定性驗算，并根據驗算結果對火災后鋼 結構剩余構件承載力安全性按預置方法進行評級，分為B、C、D三級。
4. 根據權利要求3所述基于移動無線技術的火災后鋼結構損傷評估系統，其特征在 于，所述火災后鋼結構安全性鑒定系統，用于根據所述火災后鋼結構剩余承載力計算系統 對火災后鋼結構剩余承載力安全性的評級結果以及所述火災后鋼結構損傷數據庫確定的 損傷等級對火災后鋼結構安全性進行鑒定評級。
5. 根據權利要求4所述基于移動無線技術的火災后鋼結構損傷評估系統，其特征在 于，所述火災后鋼結構安全性鑒定評級的計算準則如下： (1) 火災后鋼結構構件安全性等級分為II a、II b、III、IV四級； (2) 火災后鋼結構安全性等級分為B、C、D三級； (3)火災后鋼結構安全性等級，按重要構件集和次要構件集中的各構件安全性等級百 分比確定：所述重要構件指柱、梁；所述次要構件指除所述柱、梁外的其他構件； 所述重要構件集評級標準如下： B級：構件集中不含IV級構件，可含III級構件且含量不多于20% ; C級：構件集中含III級構件且含量不多于50%，或含IV級構件且堅向構件含量不少于 10%或水平構件含量不少于15% ; D級：構件集中含III級構件且含量多于50%，或含IV級構件且堅向構件含量不少于 10%或水平構件含量不少于15% ; 所述次要構件集評級標準如下： B級：構件集中不含IV級構件，可含III級構件且含量不多于25% ; C級：構件集中含III級構件且含量不多于50%，或含IV級構件且含量少于20% ; D級：構件集中含III級構件且含量多于50%，或含IV級構件且含量不少于20% ;其中， 火災后鋼結構的安全性等級，按鑒定單元中重要構件集中的最低等級確定；當鑒定單元中 次要構件集的最低安全性等級比重要構件集的最低安全性等級低二級時，其安全性等級可 按重要構件集的最低安全性等級降一級確定。
6. 根據權利要求1所述基于移動無線技術的火災后鋼結構損傷評估系統，其特征在 于，所述現場數據快速采集系統用于以系統預設的文本信息格式和\或圖像格式提取或采 集所述火災后鋼結構現場構件數據，經所述無線通訊傳輸系統實時傳送至所述火災后鋼結 構損傷數據庫，使所述火災后鋼結構損傷數據庫與火災后現場構件數據同步。
7. 根據權利要求1或6所述基于移動無線技術的火災后鋼結構損傷評估系統，其特征 在于，所述現場數據快速采集系統包括現場數據采集裝置以及移動設備，所述移動設備與 所述現場數據采集裝置雙向通信連接，用于將采集的系統預設的文本信息格式和\或圖像 格式傳送至所述現場數據采集裝置后，再由所述現場數據采集裝置通過所述無線通訊傳輸 系統傳送至所述火災后鋼結構損傷數據庫。
8. 根據權利要求1所述基于移動無線技術的火災后鋼結構損傷評估系統，其特征在 于，所述火災后鋼結構現場構件數據包括火場殘留物特征、構件表面損傷、構件變形關鍵信 肩、。
【文檔編號】G06F19/00GK104361240SQ201410662841
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月19日 優先權日:2014年11月19日
【發明者】劉育民, 左勇志, 馬月坤, 李真真, 宋佳, 魯巧稚, 宋慧杰, 莒運奇, 董立曼, 李博天, 劉亞坤, 馬德云, 南錕, 鄒林亥, 孫迪, 劉云龍, 李超, 石巖 申請人:北京市建筑工程研究院有限責任公司