[发明专利]用于结构损伤诊断的对称信号方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构损伤诊断的方法，属于桥梁、工用民用建筑等土木工程结构的健康监测、检测领域。

背景技术

工程结构服役年限在几十年甚至上百年，环境侵蚀、材料老化疲劳效应及突发灾难等耦合作用将不可避免的导致结构的损伤积累和抗力衰减，从而导致结构抵抗自然灾难，甚至正常环境作用的能力下降，极端条件下会引发灾难事故。为保证结构的健康即安全性、完整性、适用性、耐久性需要对在役结构进行检测并评定其健康状况。

结构健康检测和损伤识别技术的研究和应用是土木工程行业的热点、难点问题。目前的技术一般从测试技术、数值分析和信号处理等方面来寻求解决该类问题的方法。突出的问题主要表现在以下两个方面：

1、健康基准缺失

目前服役的多数结构缺少构建时的结构的原始动力参数，造成测试后的动力参数无法界定结构的健康状况。

2、各种损伤识别方法存在不足

目前的损伤识别中操作性较强的是基于工程振动测试的结构整体动力参数的识别方法，此类方法突出的问题是采取的损伤标准都是基于损伤结构相对于完好结构的改变量，结构的局部的损伤对结构的整体动态参数改变影响很小，灵敏度不高。同时受限于工程条件和测量方法，结构整体的高阶动态信息不易获得。

数值分析技术建立在结构有限元模型的基础上，由于很难掌握结构损伤机理，致使模型的建立在很大的程度上取决于主观经验，造成有限元模型修正困难，计算得到的数据可信程度依赖于模型的精度和计算方法，一般存在较大的误差。

此外，还有很多方法尚停留在理论研究阶段，工程实践的操作性不强，有效性有待验证。

发明内容

本发明为了解决现有的结构损伤诊断方法存在健康基准缺失致使测试后的动力参数无法界定结构的健康状况；传统的基于结构整体的动力参数方法存在结构局部的损伤对结构的整体动态参数改变影响很小，灵敏度不高，同时受限于工程条件和测量方法，结构整体的高阶动态信息不易获得的问题，进而提供了一种用于结构损伤诊断的对称信号方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

用于结构损伤诊断的对称信号方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、选取测试对象：所选取测试对象为对称杆件；

步骤二、按对称原理布置检测设备：在所选取的每个对称杆件上按“对称原理”布置传感器，所述每个传感器连接至与其配套的采集仪器上；所述“对称原理”是指各个传感器的型号相同、各个传感器在对称杆件上的安装位置相同(固定在杆件上的相对位置要确定)，而且拾振方向要一致；

步骤三、杆件激振及振动信号采集：在各个对称杆件上施加形式相同的振动激励(杆件激振方式相同)，通过该杆上的传感器传输振动信息至采集仪器并存储记录此振动信息；

步骤四、信息处理：将采集到的各个对称杆件自由振动的时域信号转换成幅频信息，以获得每根杆件的一阶固有频率值，此值作为信号标识量用于各个对称杆件间的对比；

步骤五、结构损伤评价：将代表各杆件健康状态的信号标识量进行对比：各对称杆标识量相同杆件均为健康状态；标识量存在显著差异者为损伤杆件(各对称杆件标识量不同杆件存在损伤)；杆件损伤导致杆件的固有频率降低，通过对称杆件间频率值对比发现此差异，频率小者存在损伤。

本发明对现有技术的贡献：

本发明方法解决了结构健康基准缺失对损伤识别的影响，较传统的基于结构整体的动力参数方法具有灵敏度高(如图12所示)、实践性强、分析简单、数据可靠等优点。此方法不依赖结构的原始动力特性，以被测对象互为参考基准，免去测试前的复杂的结构调研工作，仅需对拟评估的结构进行一般的力学行为分析即可确定实测方案，实施起来方便快捷。本方法是发明人经过长期的实验观察和工程实践总结出的科研成果。本发明可运用于土木工程结构损伤诊断及结构健康监测。

本发明的具体优点主要表现在以下几个方面：

1、解决了结构健康基准缺失的问题。满足对称条件杆件(或结构)互为基准，无需结构先验信息作基准。

2、准确识别结构的局部损伤，指示性强、灵敏度高。附图6为本例方法与基于结构整体频率改变的损伤识别方法的对比。

3、工程实用性强，对拟测工程结构的现场条件要求低，无需对检测的结构进行特别的加、卸载处理；仪器布置和检测过程中可不中断结构的使用功能(如：桥梁通车，厂房生产等)，实现较高的经济效果。

附图说明