基于非线性自然对数的碳纤维板形变预测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及古建筑保护技术领域，尤其涉及基于非线性自然对数的碳纤维板形变预测方法及系统，包括利用应变传感器采集砖石古塔转角和面中点的应变值；根据转角和面中点的应变值利用自然对数函数模型，计算碳纤维板的应变值；设置安全系数和安全阈值，当安全系数值小于安全阈值时，则对碳纤维板进行二次张拉处理；其中，安全系数为待预测天的转角应变值与转角应变值初值的比值和

【技术实现步骤摘要】
基于非线性自然对数的碳纤维板形变预测方法及系统


[0001]本专利技术涉及古建筑保护
，尤其涉及基于非线性自然对数的碳纤维板形变预测方法及系统
。

技术介绍

[0002]对现今存世的众多砖石古塔进行抗震加固，是今后一段时期古建筑保护的重点工作；而将轻质高强的碳纤维板运用于古塔加固，可以克服砖石古塔砌体强度下降
、
竖向开裂等情况，是近年来古建筑加固行业的发展方向
。
[0003]目前采用碳纤维板张拉围箍砖石古塔时，受多边形古塔转角和摩擦力影响，应变沿板带和砌体的分布并不均匀，包括：
[0004]1、
受多边形古塔转角凸出的限制，各转角处存在应变集中现象，应变均明显大于相邻直线边中点处的应变；
[0005]2、
受古塔与碳纤维板接触面之间摩擦力的影响，应变传递逐渐减弱，远离张拉端处应变明显小于靠近张拉端处
。
[0006]考虑到碳纤维板长期处于应变不均匀状态
、
碳纤维板与被加固古塔膨胀和收缩系数不一致
、
碳纤维板锚具可能出现滑移情况以及周围温度
、
湿度等因素影响，需要对加固服役中的碳纤维板长期应变进行监测和预判，在必要时对应变松弛的碳纤维板及时进行二次张拉，以确保古塔的加固性能和健康状态
。
[0007]然而，碳纤维板长期变形监测通常采用人工定时监测，不能够实现数据的长期稳定收集；同时变形监测传感器布置并没有考虑上述碳纤维板沿多边形古塔应变分布不均的情况，实测时传感器测点布置少且缺乏代表性；对传感器获取的数据缺乏集成分析，针对非线性
、
不确定性的采集数据，目前采用线性的
、
统一的预测模型，导致碳纤维板长期应变的预测精度低且差别很大
。

技术实现思路

[0008]针对现有方法的不足，本专利技术提出一种非线性
、
差异化的自然对数函数外推预测模型，可预测碳纤维板上各处的长期应变，提高预测精度；并利用若干传感器构成监测精度高的碳纤维板围箍加固砖石古塔长期变形监测系统
。
[0009]本专利技术所采用的技术方案是：基于非线性自然对数的碳纤维板形变预测方法包括以下步骤：
[0010]步骤一
、
利用若干应变传感器分别采集砖石古塔碳纤维板的不同转角和面中点的应变值；
[0011]进一步的，转角应变值是通过设置在碳纤维板转角处的应变传感器采集得到
。
[0012]进一步的，面应变值是通过设置在碳纤维板面中点的应变传感器采集得到
。
[0013]步骤二
、
根据转角和面中点的应变值利用自然对数函数模型计算碳纤维板的应变值；
[0014]进一步的，步骤二具体包括：
[0015]步骤
21、
将任意两天的转角应变值和面中点的应变值输入自然对数函数模型，得到对数函数系数；其中，日期早的一天的转角应变值和面应变值作为基准值；
[0016]步骤
22、
将得到的对数函数系数代入自然对数函数模型，计算待预测天的转角应变值和面中点的应变值
。
[0017]进一步的，自然对数函数模型的公式为：
[0018][0019][0020]其中，
E1为碳纤维板的弹性模量，
a、b
分别为关于时间的对数函数系数，
ε
n j
为第
n
天的第
j
面应变值，
ε
n i
‑
j
为第
n
天的第
i
面与第
j
面转角应变值，
ε
0j
为面应变基准值，
ε
0i
‑
j
为转角应变基准值；
t
为天的数值，
t>
＝
3。
[0021]进一步的，还包括：步骤三
、
设置安全系数和安全阈值，当安全系数值小于安全阈值时，则对碳纤维板进行二次张拉处理；其中，安全系数为待预测天的转角应变值与转角应变值初值的比值和
/
或待预测天的面应变值与面应变值初值的比值
。
[0022]进一步的，基于非线性自然对数的碳纤维板形变预测系统，包括：应变传感器
、
碳纤维板
、
碳纤维板锚具和应变采集仪，利用碳纤维板围箍砖石古塔，并通过碳纤维板锚具进行固定；若干应变传感器分别设置在砖石古塔的面和转角处，利用应变采集仪采集应变传感器的转角应变值和面应变值
。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]1、
解决加固砖石古塔时碳纤维板沿板带变形规律不一致，即转角处的应变均明显大于中面处的应变
、
远离张拉端处应变明显小于靠近张拉端处，而引起传统预测模型精度低和适应性差的问题；
[0025]2、
提出基于自然对数函数外推预测模型，解决实际加固过程中不具备长期监测条件时预测碳纤维板应变所用，可推定应变松弛低于限值的时间，为长期碳纤维板变形提供预警；
[0026]3、
能为碳纤维板围箍砖石古塔砌体的变形提供超前预报，且预报准确
、
预测成本低廉，同时可给古建筑保护部门提供具体监测建议，降低不安全因素和经济损失，对面广量大的现存砖石古塔加固具有广阔的应用前景
。
附图说明
[0027]图1是本专利技术的基于非线性自然对数的碳纤维板形变预测方法流程图；
[0028]图2是本专利技术的碳纤维板加固砖石古塔的立体示意图；
[0029]图3是本专利技术的碳纤维板加固砖石古塔平面及传感器布置图；
[0030]其中，
1、
砖石古塔，
2、
碳纤维板，
3、
塔身开洞，
4、
第一应变传感器，
5、
第二应变传感器，
6、
第三应变传感器，
7、
第四应变传感器，
8、
第五应变传感器，
9、
第六应变传感器，
10、
第七应变传感器，
11、
第八应变传感器，
12、
第九应变传感器，
13、
第十应变传感器，
14、
第十一应变传感器，
15、
应变采集仪，
16、
数据传输线，
17、
碳纤维板锚具
。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成
。
[0032]需要说明的是，在本专利技术的描述中，以六边形砖石古塔为例作阐述，仅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于非线性自然对数的碳纤维板形变预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一
、
利用若干应变传感器分别采集砖石古塔碳纤维板的不同转角和面中点的应变值；步骤二
、
根据转角和面中点的应变值利用自然对数函数模型，计算碳纤维板的应变值
。2.
根据权利要求1所述的基于非线性自然对数的碳纤维板形变预测方法，其特征在于，转角应变值是通过设置在碳纤维板转角处的应变传感器采集得到
。3.
根据权利要求1所述的基于非线性自然对数的碳纤维板形变预测方法，其特征在于，面应变值是通过设置在碳纤维板面中点的应变传感器采集得到
。4.
根据权利要求1所述的基于非线性自然对数的碳纤维板形变预测方法，其特征在于，步骤二具体包括：步骤
21、
将任意两天的转角应变值和面中点的应变值输入自然对数函数模型，得到对数函数系数；步骤
22、
将得到的对数函数系数代入自然对数函数模型，计算待预测天的转角应变值和面中点的应变值
。5.
根据权利要求4所述的基于非线性自然对数的碳纤维板形变预测方法，其特征在于，自然对数函数模型的公式为：自然对数函数模型的公式为：其中，
E1为碳纤维板的弹性模量，
a、b
分别为关于时间的对数函数系数，
ε<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈良，
申请(专利权)人：江苏城乡建设职业学院，
类型：发明
国别省市：