[發明專利]一種基于非線性振動的簡支混凝土梁損傷識別方法

有效

• 申請號: 201611123218.1
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN106768758B
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 潘旦光;李小翠;丁民濤
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種基于非線性振動的簡支混凝土梁損傷識別方法，屬于混凝土梁損傷識別技術領域。該方法在橋梁跨中安裝激振器、速度或加速度傳感器，在激振器的動荷載不引起梁體發生新的損傷前提下，改變激振器頻率并檢測速度或加速度傳感器幅值，得到幅頻曲線，然后通過非線性最小二乘法得到系統的無量綱非線性因子，在此基礎上得到單位荷載無量綱非線性因子比。根據單位荷載無量綱非線性因子比的大小，評估橋梁的損傷狀況。本方法對于無基準模型動力特征橋梁的損傷識別問題，具有無可比擬的優越性，且本方法具有與荷載幅值相關，實驗安裝簡單，易于操作等優點。

技術領域

本發明涉及混凝土梁損傷識別技術領域，特別是指一種基于非線性振動的簡支混凝土梁損傷識別方法。

背景技術

在土木工程領域，結構在使用過程中會受到周圍環境的作用，如腐蝕、超載、強風、地震、疲勞以及材料老化等，都會導致結構有不同程度的損傷和強度降低。若缺乏必要的維護，損傷不斷累積，強度不斷降低，使得結構發生倒塌破壞，造成人員傷亡和經濟損失。因此對于已建和服役多年的建筑結構，損傷檢測必不可少。由于大量建筑結構初期無損傷階段的基準模型是未知的，因此，基于結構非線性振動特性發展無基準模型的損傷識別方法顯得非常重要。

結構損傷識別分為靜態檢測方法和動力檢測方法。靜態檢測方法包括取樣試驗法、回彈法等，這類方法只能獲取結構損傷的局部信息，且對隱蔽工程和人難以到達部位進行無法進行有效的檢測。考慮到土木工程結構一般體積大、構件多且常有隱蔽部位，基于動力響應進行結構性態識別的動力檢測方法具有檢測費用低、易于量測的特點而得到廣泛的關注。根據損傷指標是否需要基準模型，動力檢測方法分為有基準模型方法和無基準模型方法。有基準模型方法常用的有基于固有頻率的結構損傷識別方法、基于振型的結構損傷識別方法等等。對于新建的橋梁可以得到初始無損傷狀態的動力特性，有基準模型方法是適用的，而對于舊橋由于缺乏初始無損傷狀態的動力特性數據而使損傷識別無法完成。

為建立無基準模型的動力損傷識別方法，其中一類比較常用的方法是根據簡諧荷載下梁的非線性動力反應進行損傷識別。Stefan Mass,Arno Zürbes,Danièle Waldmann,Markus Waltering,Volker Bungard,G.De Roeck.Damage Assessment of ConcreteStructures through Dynamic Testing Methods.Part 1–Laboratory Tests[J].Engineering Structures.2012,34:351-362，公開了根據體系的共振點頻率是隨著振幅的增加而降低的特點，提出以振幅相關的頻率變化范圍損傷指標進行損傷識別的方法。Genda Chen,Yang X.Damage Detection of Concrete Beams using Nonlinear Featuresof Forced Vibration[J].Structural Health Monitoring.2006,5(2):125-141，公開了基于非線性振動幅頻曲線的跳躍現象，提出歸一化跳躍點頻率帶寬值損傷指標進行損傷識別的方法。上述基于簡諧振動的非線性振動識別方法的一個缺陷是所得的損傷指標與荷載幅值相關，不同荷載幅值實驗所得的損傷指標差異較大而使損傷識別失效。

因此，在本領域中，仍然需要實驗安裝簡單，易于操作的混凝土橋梁的損傷識別方法。

發明內容

本發明為解決上述傳統基于振動損傷識別方法的不足，提供一種基于非線性振動的簡支混凝土梁損傷識別方法，利用簡諧激振得到混凝土梁的幅頻曲線，通過非線性最小二乘法得到無量綱非線性因子，進而提出單位荷載無量綱非線性因子比的損傷指標，用以判斷混凝土梁的安全性，評估橋梁的損傷狀態。

該方法具體步驟如下：

S1：采用沖擊荷載或地脈動方法測量簡支混凝土梁的基頻；