[发明专利]一种基于监测位移和截止频率的层间位移修正方法

说明书

本发明公开了一种基于监测位移和截止频率的层间位移修正方法，其包括：获取各待监测层的加速度数据并获取其中一层的层间实测位移数据及所对应的实测位移的时程曲线；获取层间加速度数据并进行预处理；针对已有实测位移的一层加速度数据进行离散傅立叶变换、频域积分法和傅里叶逆变换以分别获得积分速度的时程曲线和积分位移的时程曲线；输入不同的截止频率并通过计算确认在积分位移的时程曲线和实测位移的时程曲线误差最小条件下对应的截止频率；将所确定的截止频率应用于其它待监测层所对应的加速度积分中，进行频域积分后获得全部层间位移。本发明有效避免了层间位移直接监测的困难以及以往积分方式削减误差复杂的计算步骤，进而提高积分精度。

技术领域

本发明属于土木工程结构安全监测领域，涉及到高层结构在极端荷载作用下的一种层间位移修正方法。更确切的说，本发明涉及一种能够在高层结构地震激励作用下，通过其中一层监测位移数据和加速度积分位移的对比，来修正其它层加速度数据积分位移的方法。

背景技术

在地震荷载作用下，高层建筑结构是影响人类生命安全最重要的一种房屋类型，有些房屋在主震作用下并未立即倒塌，而是在接下来一系列的余震作用下，则会发生严重损毁而完全倒塌，严重危及人类的生命安全。因此余震作用下结构的安全评定对于减少人员伤亡和财产损失具有重要的意义。

加速度传感器由于其安装简单，造价低廉，数据采集相对容易而广泛应用于结构的地震监测中，所以对于地震损伤识别目前多根据结构加速度研究不同的损伤识别方法，建立损伤因子等来识别损伤。但是需要说明的是结构位移也是描述结构特性一种很重要的结构参数，其能够更加直观的反应结构的非线性和永久变形，因此可以说层间位移角对于结构的损伤识别也是非常重要的，因而各国抗震规范都对层间位移的限值进行了规定。但是位移在实际监测中是很困难的，传统的监测方式主要有以下几种：一是利用线性可变差动变压器类的位移传感器，如激光位移传感器，但其在实际操作中需要有固定参考点，通常在地面上固定脚手架来安装激光位移传感器，此方法耗费巨大，操作复杂，且地震作用下脚手架与结构都会发生较大的振动。所得到的相对位移并不准确。二是使用GPS进行定点监测，虽然操作方便，但是其造价昂贵，精度不高，且采样频率难以达到监测振动位移的要求，不是测量层间位移的一种理想的监测方式。基于这些监测难度，不少专家学者研究了更为简单的位移监测方式，例如基于LED阵列的层间位移监测、激光投射技术的图像识别技术以及基于智能手机摄像头与激光投射技术的层间位移监测方法。虽然这些方法在一定程度上解决了传统监测方法的困难和不足，不再需要固定参考点，也在一定程度上提高了监测精度。但是在实际应用中依旧使用困难，对每层都安装投射板和激光器是不现实的。因此如何利用容易得到的加速度数据和部分位移监测数据来得到各层层间位移对于解决监测困难，提高损伤识别效率和精度是非常必要的。

如，最常用的方法是根据加速度、速度、位移的固有关系对加速度数据进行二次积分来得到位移。时域积分法是最为直接的方法，其计算公式如下所示：

式中v(t)是时间t的速度，v(0)是初始速度，a(τ)是时间τ的加速度，x(t)是时间t的位移，x(0)是初始位移。通过公式(2)可知，在初始速度和初始位移都已知的情况下可以估算出位移。但是实际情况中，初始位移和初始速度都未知，这就导致了趋势项和积分误差的存在。另，因研究表明，基于FFT变换和频域计算的方法可得到精度较高的振动速度和位移信号，因而可通过多项式拟合，基于高通滤波与数值积分及基于FFT变换和频域计算的方法可以减小趋势项误差的存在。但是频域积分方法中，滤波是影响积分精度的一个重要因素，很多学者的论文中都显示通过与实测位移比较，来尝试多次确定截止频率，进而选择最符合实测数据的截止频率。但是对地震作用下的高层结构，并非每层层间位移都能得到实测数据，所以根据已有部分层间位移和容易监测得到的加速度数据来得到所有层间位移是很有意义的。

发明内容