[發(fā)明專利]基于頻率誤差的混凝土重力壩強(qiáng)震損傷部位快速識別方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610083770.6
• 申請日: 2016-02-05
• 公開（公告）號: CN105738480A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚尚武;王高輝;盧文波
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: G01N29/12
• 分類號: G01N29/12
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 溫珊姍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及混凝土重力壩的強(qiáng)震損傷部位識別，具體地說是一種基于頻率誤差的混凝土重力壩強(qiáng)震損傷部位快速識別方法。

背景技術(shù)

西南地區(qū)是我國強(qiáng)震頻發(fā)地區(qū)，一批約100m～300m世界級混凝土壩正在或?qū)⒁趶?qiáng)震區(qū)域建設(shè)。地震作用可能使大壩產(chǎn)生損傷，隨著時(shí)間的推移，損傷不斷積累，再加上材料的不斷老化(如鋼筋銹蝕、混凝土炭化等)，最終使重力壩產(chǎn)生局部破壞乃至潰壩。這種潛在的損傷可能引起威脅人們生命和財(cái)產(chǎn)安全的重大災(zāi)難。因此迫切需要提出一種實(shí)用而精確的重力壩損傷部位快速識別方法，從而在事故發(fā)生前，特別是損傷產(chǎn)生不久時(shí)檢測到損傷的位置。以便在工程上采取適當(dāng)措施對重力壩予以修復(fù)、加固，防止損傷的積累和加劇，保證大壩的安全運(yùn)行，避免事故的發(fā)生。

現(xiàn)有的大壩損傷檢測方法主要有大壩安全監(jiān)測和無損檢測方法。現(xiàn)有的大壩安全監(jiān)測手段缺少了振動(dòng)(加速度)的監(jiān)測項(xiàng)目，而一般基于位移場、應(yīng)力場和溫度場等的變化，但當(dāng)壩的某處出現(xiàn)損傷時(shí)，只在該處很小范圍內(nèi)出現(xiàn)壩體位移場、應(yīng)力場和溫度場的變化。如果在該范圍內(nèi)沒有觀測點(diǎn)，現(xiàn)有的監(jiān)測手段則無法監(jiān)測到損傷的出現(xiàn)。大壩無損檢測主要方法有：電阻率、電磁波、探地雷達(dá)、彈性波(超聲波、振動(dòng)波)等。大壩無損檢測技術(shù)的主要問題在于：(1)一般只能對小型結(jié)構(gòu)或者結(jié)構(gòu)的某些部位進(jìn)行檢測；(2)沒有合適的規(guī)范、規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)可依據(jù)；(3)檢測設(shè)備昂貴，檢測費(fèi)用較高；(4)需要臨時(shí)安裝儀器，而大壩很多位置不能到達(dá)，故難以實(shí)施。

現(xiàn)有的重力壩損傷識別方法基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，將重力壩正常使用和受損情況下得到的參數(shù)集合作為網(wǎng)絡(luò)的輸入，以正常狀態(tài)和受損狀態(tài)作為網(wǎng)絡(luò)的輸出，訓(xùn)練該網(wǎng)絡(luò)成為損傷的識別器。再將新一組輸入?yún)?shù)輸入網(wǎng)絡(luò)，得到輸出結(jié)果，即重力壩處于何種工作狀態(tài)。但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法存在收斂速度慢，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇依賴經(jīng)驗(yàn)，以及不能得出適用于所有重力壩的頻率特征等缺點(diǎn)。

故提出一種實(shí)用而精確的重力壩損傷部位快速識別方法是目前急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種快速經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)確、無需采用損傷探測儀且適用范圍廣的基于頻率誤差的混凝土重力壩強(qiáng)震損傷部位快速識別方法。

本發(fā)明基于頻率誤差的混凝土重力壩強(qiáng)震損傷部位快速識別方法，包括如下步驟：

(1)通過有限元或理論求解方法，得到混凝土重力壩損傷前的各階自振頻率ω_i，其中i代表第i階自振頻率，i＝1,2,…,n；基于混凝土重力壩強(qiáng)震典型失效模式，假定損傷位于大壩強(qiáng)震典型失效模式下各強(qiáng)震典型損傷部位，計(jì)算大壩存在假定損傷時(shí)的各階自振頻率ω′_i,j，其中j代表混凝土重力壩各強(qiáng)震典型損傷部位，其中j＝1,2,…,m；

(2)利用公式計(jì)算損傷前后的各階頻率變化量；

(3)求出各階頻率變化量中的最大值Δ_max,j＝max_{i＝1,2,…,n}Δ_i,j，按公式對各階頻率變化量Δ_i,j進(jìn)行歸一化處理，得各強(qiáng)震典型損傷部位的各階頻率歸一化頻率變化量N_i,j，即求出了該強(qiáng)震典型損傷部位的頻率特征S_j＝(N_1,j,N_2,j,…,N_i,j,…,N_n,j)；通過以上步驟，建立混凝土重力壩各強(qiáng)震典型損傷部位的頻率特征數(shù)據(jù)庫；

(4)真實(shí)強(qiáng)震引起大壩損傷后，通過監(jiān)測由泄洪或人工爆破方法引起的大壩振動(dòng)，獲得損傷后的各階自振頻率ω′_i，并計(jì)算存在該未知損傷時(shí)的頻率特征S＝(N₁,N₂,…,N_i,…,N_n)；

(5)基于頻率誤差，將存在該真實(shí)損傷時(shí)的頻率特征S與數(shù)據(jù)庫中各強(qiáng)震典型損傷部位的頻率特征S_j進(jìn)行對比，識別損傷位置；頻率誤差為