[發(fā)明專利]一種剪切型框架結(jié)構(gòu)損傷識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710053157.0
• 申請日: 2007-09-06
• 公開（公告）號: CN101122583A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱宏平;李林;陳曉強;王丹生;陳歡
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G06F17/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑框架結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)，具體涉及一種剪切型框架結(jié)構(gòu)損傷識別方法。

背景技術(shù)

土木工程結(jié)構(gòu)的安全直接關(guān)系到人民生命財產(chǎn)的安全，工程失效會造成災(zāi)難性的后果。以橋梁為例，早在1967年12月，西弗吉尼亞州的錫爾弗(Silver)橋垮塌，導(dǎo)致46人喪生；美國的塔科瑪海峽大橋，我國重慶市綦江縣的彩虹橋，臺灣省連接高雄與屏東重要通道上的高屏大橋，都發(fā)生了突然斷裂事件，造成了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。及時監(jiān)測結(jié)構(gòu)健康狀況，對結(jié)構(gòu)早期損傷進(jìn)行維修，不僅能夠顯著降低維護(hù)費用，而且能夠保證結(jié)構(gòu)性能，延長結(jié)構(gòu)壽命。

傳統(tǒng)的損傷檢測方法有外觀目測法和基于儀器設(shè)備的局部損傷檢測方法，如超聲檢測等。外觀目測的檢測結(jié)果與檢測人員的水平和經(jīng)驗密切相關(guān)，而且只能發(fā)現(xiàn)外部損傷，結(jié)構(gòu)的內(nèi)部損傷無法檢測。超聲法是應(yīng)用最廣泛的局部無損檢測方法，超聲波可以檢測由于材料屬性和裂縫引起的材料阻抗的變化。超聲法的主要優(yōu)點是可以檢測遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)表面的內(nèi)部裂縫，并且確定裂縫位置。上述損傷檢測方法均需要預(yù)先大致了解損傷的位置，并且結(jié)構(gòu)中這些位置易于接近，檢測所需的周期長，檢測費用昂貴，會引起結(jié)構(gòu)使用的中斷，因此在實際工程中應(yīng)用受到了限制。

由于結(jié)構(gòu)的振動特性(如時程響應(yīng)、頻率響應(yīng)函數(shù)、固有頻率、振型等)是結(jié)構(gòu)物理參數(shù)(如剛度、質(zhì)量、阻尼等)的函數(shù)，結(jié)構(gòu)損傷即意味著結(jié)構(gòu)物理參數(shù)的改變，而物理參數(shù)的改變必然引起結(jié)構(gòu)振動特性的改變。通過安裝在結(jié)構(gòu)上的傳感設(shè)備，對結(jié)構(gòu)的振動進(jìn)行實時監(jiān)測，可以獲得結(jié)構(gòu)不同階段的振動特性；對結(jié)構(gòu)振動特性的變化進(jìn)行分析及處理，有可能獲得結(jié)構(gòu)物理參數(shù)的變化情況，從而達(dá)到損傷檢測的目的。利用結(jié)構(gòu)的動力測試信號進(jìn)行損傷檢測能夠獲得結(jié)構(gòu)的整體損傷狀況，檢測費用低，不需要中斷結(jié)構(gòu)的使用，相對于傳統(tǒng)的損傷檢測方法具有很大的優(yōu)越性。Doebling等在“A?summary?review?of?vibration-based?damage?identificationmethods(The?Shock?and?Vibration?Digest，1998，30(2)：91-105)”一文中對基于動態(tài)測試數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)損傷檢測方法作了詳盡的總結(jié)。

結(jié)構(gòu)的動態(tài)測試數(shù)據(jù)可分為三類：時域數(shù)據(jù)、頻域數(shù)據(jù)和模態(tài)數(shù)據(jù)。時域測試數(shù)據(jù)包括時程響應(yīng)和脈沖響應(yīng)函數(shù)。頻域測試數(shù)據(jù)包括傅立葉譜和頻率響應(yīng)函數(shù)，固有頻率、振型和模態(tài)阻尼比是三個典型的模態(tài)參數(shù)，這些參數(shù)能夠從測得的頻率響應(yīng)函數(shù)中提取。利用模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的損傷檢測是運用最為廣泛的方法，選擇適當(dāng)?shù)哪B(tài)數(shù)據(jù)或其導(dǎo)出值對于損傷檢測的難易程度、損傷檢測結(jié)果的正確性等具有至關(guān)重要的影響。常用的結(jié)構(gòu)模態(tài)信息有固有頻率、振型以及它們的導(dǎo)出量，如模態(tài)保證準(zhǔn)則、坐標(biāo)模態(tài)保證準(zhǔn)則、振型曲率、柔度矩陣等等。

文獻(xiàn)“基于振型變化的框架結(jié)構(gòu)破損評估(重慶建筑大學(xué)學(xué)報，1998，20(6)：79～82)”介紹了一種剪切型框架結(jié)構(gòu)的損傷識別方法，即通過建立反映結(jié)構(gòu)振型變化與結(jié)構(gòu)層間剛度變化間的靈敏度矩陣，來求解框架結(jié)構(gòu)的層間剛度損失。該方法首先需要求解靈敏度矩陣，然后對靈敏度矩陣求逆矩陣，最后用靈敏度逆矩陣與振型變化向量的乘積求解結(jié)構(gòu)層間剛度損失。由于靈敏度矩陣只是振型變化與層間剛度損失的一階近似反映以及實際檢測中存在的測試誤差，使得所建立的振型變化與層間剛度損失之間的方程組很可能為病態(tài)方程組，從而最終所得到的層間剛度損失與實際情況相差較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種剪切型框架結(jié)構(gòu)損傷識別方法，該方法檢測所需的數(shù)據(jù)量少，效率高，并具有較高的精度。

本發(fā)明提供的剪切型框架結(jié)構(gòu)損傷識別方法，其步驟包括：

(1)在結(jié)構(gòu)每層安裝加速度傳感器，在外激勵作用下，分別測試結(jié)構(gòu)在完好狀態(tài)和損傷狀態(tài)的時程響應(yīng)，然后提取結(jié)構(gòu)的一階振型，并將振型對質(zhì)量矩陣標(biāo)準(zhǔn)化，即

${\mathrm{\φ}}_1^{T}M{\mathrm{\φ}}_1=1$