[發明專利]基于附加質量的桁架結構損傷定位方法

無效

• 申請號: 201110405888.3
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102495134A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 侯吉林;李冬生;喻言;歐進萍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N29/12
• 分類號: G01N29/12
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明屬于質量結構監測技術領域，涉及一種適于應用在桁架結構損傷定位的方法，具體的說是通過比較對附加質量后各桿件在局部激勵下頻率響應峰值位置來判斷桿件損傷的方法。

背景技術

結構健康監測(SHM)是土木工程中的研究熱點，損傷識別為結構的監測、預警和安全評定提供可靠的理論依據，是結構健康監測的重要理論基礎部分。桁架結構受力合理，計算分析簡單，施工方便，適應性強，是土木工程領域很重要的結構形式之一。桁架結構往往由成百上千的桿件組成，每個桿件的變化或者損傷對整體桁架結構的動態信息影響都很小。模態是結構最基本的動態信息，所以基于模態特別是頻率信息的識別被廣泛應用于土木結構的損傷識別中，然而實際工程中能夠識別出來的模態往往是少數幾階模態，而且對局部的損傷不敏感，一般這些數據量還不足以準確識別桁架結構整體的所有構件損傷。損傷定位向量(Damage?Location?Vector，DLV)通過損傷前后柔度差的奇異值分解確定損傷桿件的位置。虛擬變形法(Virtual?Distortion?Method，VDM)利用其結構快速重分析的思想，利用虛擬變形模擬結構的損傷，由實測時域響應和理論模型響應的平方距離建立目標函數，通過優化結構的方式識損傷。然而無論是基于頻率、DLV或VDM方法，都需要在桁架結構上布置較多的傳感器，這使其在實際工程中的應用受到一定的限制。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種操作簡單的基于附加質量的桁架結構損傷定位方法。

桁架由大量桿件組成，將桿件長度和截面相同的桿件劃分為一類。對一類桿件上附加相同的質量，采用移動質量塊和傳感器的方式對這類桿件逐個進行附加質量后的局部動力測試與分析，并將獲得的所有頻域響應畫在一張圖上，比較桿件頻域響應峰值的位置。因為這些桿件的長度、截面和附加的質量相同，所以這些桿件頻域響應的峰值位置應該很接近。如果某些桿件峰值所對應的位置小于或偏移了平均峰值對應的頻率，那就表明這個桿件發生損傷了，從而定位損傷桿件的位置。具體方案如下：

一種基于附加質量塊的桁架結構損傷定位方法，在桁架結構的桿件中間附加質量塊；質量塊可以通過夾具和螺栓固定在桿件上；傳感器布置在桿件的中間位置，傳感器的類型選擇動態應變片或者加速度傳感器等都可以。利用小錘敲擊桿件中間位置，測量傳感器的響應，并計算頻率響應，頻率響應的主要峰值位置所對應的頻率直接體現了桿件的剛度，頻率越大剛度越大。然后移動質量塊和傳感器到桁架其他桿件的中間位置，采用逐個桿件測試的方式，測量和計算桁架所有桿件的頻率響應；

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其中m為附加質量塊、夾具和螺栓的質量和，E為桿件彈性模量，慣性矩為I，l為桿件長度，f_m為所期望達到的桿件頻率。

本發明的有益效果是利用桁架結構桿件質量輕剛度的特點，通過附加質量可降低頻率的思想，只利用一個質量和一個傳感器，對每個桿件上進行附加質量后局部動力測試與分析，然后通過比較相似桿件頻域響應的峰值來判斷損傷桿件的位置，克服了桁架整體監測方法的不足。本發明試驗成本低廉，操作方便，容易實施，而且數據處理方法簡單，具有廣闊的應用前景和實用價值。

附圖說明

圖1是在本發明在桿件中間附加質量的方法。

圖2a是附加質量連接件局部放大圖的正視圖

圖2b是附加質量連接件局部放大圖的側視圖

圖3是介紹傳感器布置和激勵方式。

圖4是三跨桁架示意圖

圖5不附加質量時桿件11(桿件d)的頻率響應。

圖6是附加質量m＝0.2kg時桿件11(桿件d)的頻率響應。

圖7是附加質量m＝0.2kg時11個桿的頻率響應

圖8是桁架結構的11個桿件的損傷因子。