[發明專利]一種鋼屋架損傷診斷方法

無效

• 申請號: 201210129223.9
• 申請日: 2012-04-28
• 公開（公告）號: CN102662001A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 楊秋偉;孫斌祥;楊麗君
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: G01N29/12
• 分類號: G01N29/12
• 代理公司: 紹興市越興專利事務所 33220
• 代理人: 鄭宏幟

技術領域

本發明屬于土木工程學科的結構破損診斷領域，涉及一種鋼屋架損傷診斷方法。

背景技術

鋼屋架結構在許多工業及民用建筑中廣泛應用。由于服役年限的增長，以及環境腐蝕、災害荷載等的影響，鋼屋架倒塌的事故已時有發生，迫切需要對其損傷狀況作出及時的診斷，以便于維修加固避免災難性的后果發生。

傳統的損傷診斷方法多是可視的局部的實驗方法，如超聲波方法、磁場方法、溫度場方法等。這些方法一般要求事先大概知道損傷位置且被檢測部位設備可以到達，因此工作量大耗費高，且不適用于大型土木工程結構的損傷診斷。

利用鋼屋架結構振動參數的變化來判斷其損傷狀況的方法是目前的一種新技術。這種技術通過采集結構損傷前后的振動參數，并結合結構的有限元模型來判斷結構是否發生損傷，損傷的位置及程度。

其中，采集盡可能多的振動參數是上述新診斷技術的關鍵環節。通常，鋼屋架結構的振動參數包括頻率和振型，頻率的測量只需要布置一個測點即可進行，易于操作且精度很高；而振型的測量需要在結構上布置大量的測點并通過大量的導線和數據采集儀器相連，實施起來十分困難且測量精度較低。因此，頻率便成為損傷診斷中最廣泛使用的參數。但是目前工程實踐的現有技術中，只能采集到少數幾個低階頻率參數，很多情況下不能滿足鋼屋架結構損傷診斷的需要。

有鑒于此，本發明人結合從事鋼屋架結構領域研究工作多年的經驗，對上述技術領域的缺陷進行長期研究，本案由此產生。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種鋼屋架損傷診斷方法，采用附加質量塊的附加質量方法，結構簡單、成本低廉，可以方便的獲得足夠多的頻率信息用于鋼屋架結構的損傷診斷，操作實施簡單方便，且診斷的準確度較高。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種鋼屋架損傷診斷方法，包括以下步驟：首先，任意選取鋼屋架中的某個節點并在該節點上安裝可拆卸的附加質量塊；其次，利用動態數據采集系統測量出附加質量后鋼屋架振動的低階固有頻率；第三，拆除附加質量塊，選取鋼屋架其它節點并將附加質量塊安裝其上，繼續利用動態數據采集系統測量出新的位置附加質量后鋼屋架振動的低階固有頻率；第四，重復以上過程，直到獲得足夠多的能夠滿足損傷診斷要求的頻率信息為止；第五，將測量所得的頻率信息輸入編制好的鋼屋架損傷診斷程序中，得出鋼屋架損傷位置及程度的診斷結果。

所述鋼屋架損傷診斷程序包括以下部分：首先，用數值分析軟件建立待檢測鋼屋架結構的有限元模型；然后，根據有限元模型計算出鋼屋架損傷前的頻率及相應的頻率靈敏度，從而建立鋼屋架的頻率靈敏度方程；最后，將測量所得的頻率信息輸入頻率靈敏度方程中求解出鋼屋架各單元的損傷參數，將計算所得的損傷參數輸出即可對鋼屋架的損傷位置及程度做出診斷。

進一步，所述附加質量塊包括兩塊完全相同的正方形鐵板，鐵板的尺寸根據鋼屋架節點的大小而定，兩塊鐵板對稱將鋼屋架節點夾在中間并通過四角處4顆相同的安裝螺絲加以固定，兩塊鐵板和4顆安裝螺絲共同構成附加質量塊。從而操作方便，附加質量塊能重復使用，設備簡單實施成本低，且不影響鋼屋架的正常工作，利于方便、準確的采集數據等。

進一步，所述動態數據采集系統包括一個無線傳感器和一臺無線動態數據采集儀，傳感器固定安裝于附加質量塊中的一塊正方形鐵板中心位置。從而數據采集更加方便、準確，而成本低廉，且又不影響鋼屋架的正常工作；其無線傳感器固定安裝于附加質量塊中的一塊鐵板上，避免了已有技術中需要將傳感器安裝于工程結構上的缺陷，容易實施，且可多次重復使用于不同的鋼屋架結構中。

應用附加質量塊采集鋼屋架振動的低階頻率過程如下：首先任意選取鋼屋架中的某個節點并將上述附加質量塊安裝于該節點上，測量出此時鋼屋架振動的低階頻率；然后更換附加質量塊的安裝位置（即另外選取其它節點將附加質量塊安裝其上），并測量出新的安裝位置所對應的鋼屋架振動低階頻率；重復上述過程，直到測量出足夠數目的頻率信息為止。本技術方案能夠獲得更多頻率信息的原理在于：安裝附加質量塊后鋼屋架的振動特性將發生明顯改變，且不同的安裝位置將會引起不同的振動特性改變。沒有安裝附加質量的鋼屋架，其振動頻率數目是一個確定值。而安裝了附加質量塊的鋼屋架，附加質量塊的安裝位置每更換一次，都可以測量獲得和未安裝附加質量鋼屋架同樣數目的頻率參數。因此，隨著附加質量塊安裝位置的變化，測量所得的頻率數目將會成倍增長，直到滿足損傷診斷所需要的頻率數目為止。