[發(fā)明專利]基于頻率-信息熵的鋼筋混凝土銹蝕疲勞損傷評(píng)價(jià)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810609331.3
• 申請(qǐng)日: 2018-06-13
• 公開（公告）號(hào): CN108956767B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張津瑞;韓慶華;杜一鳴;徐杰;楊榮偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/04
• 分類號(hào): G01N29/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉玥

本發(fā)明公開了一種基于頻率?信息熵的鋼筋混凝土銹蝕疲勞損傷評(píng)價(jià)方法：壓電傳感器監(jiān)測得到聲發(fā)射信號(hào)；信號(hào)過濾及放大設(shè)備對(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行去噪、放大處理；數(shù)據(jù)采集設(shè)備將處理過的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行采樣并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)；將數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集到的聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)域波形轉(zhuǎn)化為基于頻率?信息熵的鋼筋混凝土構(gòu)件銹蝕疲勞損傷識(shí)別圖，并根據(jù)該圖的特征點(diǎn)判斷鋼筋混凝土構(gòu)件是否已發(fā)生銹蝕疲勞損傷。本發(fā)明操作簡單，傳感器隨施工埋入待測鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部，可對(duì)不同的鋼筋混凝土建筑物的銹蝕疲勞損傷信息進(jìn)行長期全面的監(jiān)測，同時(shí)監(jiān)測不受人工操作和環(huán)境影響，結(jié)果真實(shí)可靠，為各類型的鋼筋混凝土建筑物的結(jié)構(gòu)安全提供了有效的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼筋混凝土建筑物安全監(jiān)測，特別涉及一種方便，安全的，能對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)行長期，穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)銹蝕疲勞損傷識(shí)別評(píng)價(jià)方法。

背景技術(shù)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)充分利用了鋼筋與混凝土兩種材料的優(yōu)勢，具有取材方便、經(jīng)濟(jì)適用、成型方便、延性破壞、耐水耐火等優(yōu)點(diǎn)，因此在土木、建筑、水利等工程中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著土木、建筑、水利等相關(guān)行業(yè)的不斷發(fā)展，鋼筋混凝土建筑物的安全穩(wěn)定越來越受到人們的重視，這也就需要盡可能多地去感知鋼筋混凝土構(gòu)件的內(nèi)部損傷信息，從而判斷鋼筋混凝土建筑物的安全狀態(tài)。疲勞荷載、鋼筋銹蝕等因素均可導(dǎo)致鋼筋混凝土構(gòu)件的損傷與開裂。近年來，聲發(fā)射技術(shù)逐步應(yīng)用于鋼筋混凝土構(gòu)件損傷開裂過程監(jiān)測。現(xiàn)階段，對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件銹蝕疲勞損傷引起的聲發(fā)射信號(hào)的分析方法較為簡單，常規(guī)的監(jiān)測參數(shù)包括：聲發(fā)射事件的數(shù)量(AEN)、聲發(fā)射的事件率(ER)、上升角(RA)和平均頻率(AF)等。而這些參數(shù)受被測試構(gòu)件的幾何尺寸、傳感器類型、傳感器布置方法等因素的影響較大，不具有普遍適用性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有聲發(fā)射監(jiān)測信號(hào)分析中存在的不足，提供一種長期有效的用于普遍感知各類型鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部銹蝕疲勞損傷信息的識(shí)別評(píng)價(jià)方法。本發(fā)明操作簡單，傳感器隨施工埋入待測鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部，可對(duì)不同的鋼筋混凝土建筑物的銹蝕疲勞損傷信息進(jìn)行長期全面的監(jiān)測，同時(shí)監(jiān)測不受人工操作和環(huán)境影響，結(jié)果真實(shí)可靠，為各類型的鋼筋混凝土建筑物的結(jié)構(gòu)安全提供了有效的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于頻率-信息熵的鋼筋混凝土銹蝕疲勞損傷評(píng)價(jià)方法，包括壓電傳感器、信號(hào)過濾及放大設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和計(jì)算分析設(shè)備，所述壓電傳感器、信號(hào)過濾及放大設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、計(jì)算分析設(shè)備依次連接，具體包括以下步驟：

步驟A，將壓電傳感器焊接在混凝土構(gòu)件的受力鋼筋縱筋上；以縱筋作為聲發(fā)射信號(hào)的波導(dǎo)管，將鋼筋混凝土構(gòu)件銹蝕疲勞損傷開裂引起的聲發(fā)射信號(hào)通過縱筋傳遞到壓電傳感器中；

步驟B，通過信號(hào)過濾及放大設(shè)備將壓電傳感器監(jiān)測到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行去噪、放大處理；

步驟C，通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備將經(jīng)過去噪、放大處理的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行采樣并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)；

步驟D，將數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集到的聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)域波形轉(zhuǎn)化為基于頻率-信息熵的鋼筋混凝土構(gòu)件銹蝕疲勞損傷識(shí)別圖，并根據(jù)所述基于頻率-信息熵的鋼筋混凝土構(gòu)件銹蝕疲勞損傷識(shí)別圖的特征點(diǎn)判斷鋼筋混凝土構(gòu)件是否已發(fā)生銹蝕疲勞損傷。

進(jìn)一步的，步驟D中，所述的根據(jù)所述基于頻率-信息熵的鋼筋混凝土構(gòu)件銹蝕疲勞損傷識(shí)別圖的特征點(diǎn)判斷鋼筋混凝土構(gòu)件是否已發(fā)生銹蝕疲勞損傷的具體方法為：當(dāng)鋼筋混凝土構(gòu)件未出現(xiàn)銹蝕疲勞損傷時(shí)，其頻率-信息熵信號(hào)在頻域上的熵值是上下小幅度波動(dòng)的，無明顯的熵值尖峰；當(dāng)鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部出現(xiàn)銹蝕疲勞損傷時(shí)，其頻率-信息熵信號(hào)在頻域上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)顯著的尖峰，即說明鋼筋混凝土構(gòu)件已出現(xiàn)銹蝕疲勞損傷；其中，所述的特征點(diǎn)即頻率-信息熵信號(hào)在頻域上的顯著尖峰。

進(jìn)一步的，步驟D中，以頻率a為橫坐標(biāo)，信息熵E_a為縱坐標(biāo)繪制采集到的聲發(fā)射信號(hào)x(t)的基于頻率-信息熵的鋼筋混凝土構(gòu)件銹蝕疲勞損傷識(shí)別圖，其中，信息熵E_a的計(jì)算方法如下：