[發明專利]基于統計矩的高層結構無模型損傷識別方法

有效

• 申請號: 201910732064.3
• 申請日: 2019-08-09
• 公開（公告）號: CN110427716B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 陽洋;王巖
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F17/16;G06F17/11;G01N33/00;G01M99/00;G06F111/10;G06F119/14;G06F119/04
• 代理公司: 重慶項乾光宇專利代理事務所(普通合伙) 50244
• 代理人: 侯玉花

本發明屬于建筑結構損傷識別技術領域，具體涉及基于統計矩的高層結構無模型損傷識別方法。本發明優點：1、該方法直接利用結構相鄰兩層統計矩的比值隨樓層位置的變化曲線來判別結構的健康狀況，對于曲線光滑的情況，出現η及η₁變化較明顯，造成曲線不光滑的點對應的樓層，即為可能的結構損傷樓層，或者結構剛度突變的樓層，再綜合分析η及η₁隨樓層位置的變化情況，則可判斷出具體的樓層；2、對于實測結構，由于存在復雜的環境噪音等因素的影響，可能引起曲線不光滑，這時，出現η及η₁值均突變的點及其相鄰的點對應的樓層為可能的結構損傷或結構剛度突變的樓層，再通過這些樓層對應的具體的統計矩的值做進一步判斷；3、該方法無需測量結構在無損狀態下的響應數據。

技術領域

本發明屬于建筑結構損傷識別技術領域，具體涉及基于統計矩的高層結構無模型損傷識別方法。

背景技術

地震、強風等自然災害以及各類人為災害，可能引起高層結構局部損傷甚至造成整體倒塌。如果未能及時地對高層結構的健康狀況做出評估及維護，隨著時間的增長，高層結構的損傷程度將越來越嚴重，如此造成的后果將不堪設想。故及時發現和評估高層結構內部損傷的位置和程度，預測高層結構的性能變化具有極其重大的意義。

高層結構的損傷識別方法目前按照是否需要建立原始模型可分為有模型的損傷識別和無模型的損傷識別。有模型的損傷識別方法主要有基于殘余力向量的結構損傷識別方法、特征對靈度法、應變能量法，基于有模型的損傷識別方法能準確識別出結構的損傷位置及損傷程度，但需要建立基準的有限元模型，對實際結構建立有限元模型將會產生較大誤差；無模型的損傷識別方法主要有頻率改變法、振型改變法、柔度矩陣改變法等，無模型的損傷檢測方法無需建立原始的有限元模型，避免了有限元模型的精度對結構損傷檢測的影響，且能較快速的識別出結構有無損傷及損傷位置。但目前的無模型和有模型損傷識別方法均需要考慮基準數據進行對比分析，即需要進行兩次以上的現場測試相互對比以后給予結果，對于無設計資料或僅提供一次測試機會的工程結構檢測損傷識別存在現實困難。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足之處，本發明提供了基于統計矩的高層結構無模型損傷識別方法，無需測量結構在無損狀態下的響應數據，僅通過現場一次測試數據進行損傷評估，特別適用于結構發生地震等自然災害后的現場快速的損傷檢測，具有較高的工程適用價值。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下技術方案：

基于統計矩的高層結構無模型損傷識別方法，對于多自由度的高層結構，高層結構在外部激勵作用下的運動方程可以表示為：

其中：M、C、K分別表示結構質量、阻尼、剛度矩陣；X(t)分別為結構的加速度、速度以及位移的時程響應；F(t)表示外部激勵向量

當外部激勵服從高斯分布且均值為零時，其功率譜密度函數為常數S₀

瑞雷阻尼假設下，將公式(1)中的位移時程響應變換為振型表達的形式如下：

根據式(1)及式(2)，利用振型的正交性并通過解耦得到結構振型反應的運動方程如下：

公式(2)～(4)中，q_i(t)為第i階振型對應的廣義坐標；ξ_i、ω_i、分別為結構的i階阻尼比、自振圓頻率以及標準模態；p_i(t)為i階模態對應的廣義力，為結構第k個單元對應的i階振型，將式(3)進行傅里葉變換，并利用振型疊加法，可得到結構第i層的位移時程響應的頻域表達式：