[發明專利]基于不完全測量的三層基礎隔震系統快速損傷檢測方法

有效

• 申請號: 201310472905.4
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103528778A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 穆騰飛;周麗;李揚
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及一種損傷檢測方法，尤其涉及一種基于不完全測量的三層基礎隔震系統快速損傷檢測方法，屬于結構健康檢測技術領域。

背景技術

隨著人們對工程結構安全可靠性能要求的不斷提高，結構健康檢測和診斷技術得到了迅速地發展。近年來，地震、臺風和洪澇等自然災害的發生愈加頻繁，為了抵御這些自然災害，保障人們生命財產安全，具有減隔震效果強、抗震安全性高等優勢的基礎隔震系統得到了廣泛的應用。這種系統在低層工程結構上效果較好，而三層基礎隔震系統更是主流結構之一。但是在災害事件發生后，或者結構在長期服役的情況下，基礎隔震系統可能會產生一些損傷，這可能會導致災難事故的發生，因此，基礎隔震系統的快速損傷檢測得到了極大的重視。基于振動加速度響應信號的損傷檢測技術是目前工程結構健康檢測的研究熱點，該技術通過在工程系統中布置加速度傳感器網絡，對系統進行激勵與測量，對測得的信息進行分析處理，從而判斷系統中是否存在損傷以及得到損傷的位置和程度。目前基于振動加速度響應信號的損傷檢測方法主要分為兩大類：第一類頻域法，將時域信號轉換到頻域信號后，對系統進行辨識，然而，此類方法需要對一段蘊含了結構動力學特性完整信息的信號進行轉換分析，即需要對信號進行分段處理，這將會導致該類方法的實時性有所欠缺，此外，頻域參數受環境影響很大，如固有頻率對溫度較敏感，再者，為了有效地激勵出較重工程結構的一些高階頻域信息，通常需要對其施加能量較大的載荷，而在工程結構損傷檢測過程中，并不希望對結構施加重載；第二類時域法，直接對測量得到的時域信號進行逐點分析，實時性較好，然而，當工程結構涉及大量的自由度時，由包含大量自由度的運動方程求解結構損傷的位置和程度是很困難的。由此可見，當工程結構可以簡化為自由度數目較少的系統時，時域法有著一定的優勢。對于傳統的結構損傷檢測時域方法，所有的外部激勵和所有自由度上的加速度響應信息均需測量，然而，通常實際工程結構的外部激勵往往難以準確測量或無法測量。此外，某些所需測量振動響應的位置由于現場情況也難以布置傳感器。再者，為了快速經濟地實現結構損傷檢測，人們更希望使用較少數量的傳感器，在以往的損傷檢測方法中，研究人員通常將傳統的損傷檢測技術與模型縮聚理論和子結構理論相結合以減少傳感器的數量，但這個過程會引入一些不希望的系統誤差。故能實際應用于結構健康監測系統的創新而有效的損傷識別方法還有待進一步發展，特別是，還存在許多挑戰性的問題需要研究和解決：（i）無需測量系統的輸入信息，只需測量部分的系統輸出響應信息，在最小化傳感器測量數量的基礎上有效地檢測損傷；（ii）為了保證損傷檢測的穩定性，方法需要的是無條件穩定收斂的解析遞歸解，而不是迭代解，并對噪聲具有一定的魯棒性；（iii）損傷檢測方法除了對線性系統有效外，還應能夠應用于遲滯非線性系統；（iv）算法應具有較高的計算效率和精度并易于自動化實現。

為了克服現有的基于振動加速度響應信號損傷檢測方法所存在的上述不足，相關學者對基于不完全測量的損傷檢測技術進行了研究。例如基于不完全測量的卡爾曼濾波系統損傷檢測方法，該方法可以應用于線性和遲滯非線性系統，利用部分輸出響應信息計算得到系統的參數信息，然而，其求解過程中需要對非線性狀態方程線性化，線性化后狀態方程中待識別參數的部分極點落在虛軸上，這會導致解可能容易變得不穩定，此外由于進行了線性化處理，當初始參數估計值超出了收斂范圍時，解可能會不收斂，即該方法對相關初值的選取要求較高，需要過多的人為經驗干預，算法的穩定性一般。再例如基于不完全測量的序貫非線性最小二乘估計系統損傷檢測方法，該方法避免了上例中的一些不足，但由于Newmark–β技術的使用，狀態向量的估計精度受采樣頻率影響較大，使該方法在實際工程應用中受到一定限制，此外，當噪聲相對較大時所估計的狀態量會產生難以在線消除的數據漂移，這也將會影響系統參數識別結果的精度。實際上，對于結構損傷檢測來說，不僅要解決以上所有問題，確定結構是否存在損傷及損傷的位置，還需對損傷的程度進行精確的定量分析。

因此，有必要尋找一種簡單快捷的基礎隔震系統損傷定量檢測方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種基于不完全測量的三層基礎隔震系統快速損傷檢測方法，通過簡單的系統激勵和測量，對測量得到的有限數量的輸出響應信息進行數據處理，進而快速方便地實現三層基礎隔震系統損傷的定量檢測。

本發明采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種基于不完全測量的三層基礎隔震系統快速損傷檢測方法，該方法包括以下步驟：