[发明专利]基于统计过程控制的土木工程结构损伤检测方法

说明书

本发明公开了一种基于统计过程控制的土木工程结构损伤检测方法，能够采用数据模型对土木工程结构进行损伤检测计算，模型复杂程度与实际结构没有直接关系，可较为方便地建立合理模型，并且本方法采用原始时域监测数据进行计算，避免了时域数据向频域数据转换过程中信息量的损失。使用本方法，能够准确计算得出国际结构控制协会与美国土木工程协会设计的基准结构全部工况下的损伤状态。

技术领域

本发明涉及一种土木工程结构损伤检测方法，特别是涉及一种基于统计过程控制的土木工程结构损伤检测方法。

背景技术

一般来说，结构健康监测中的相关方法可分为5个层次：(1)确定结构损伤是否发生，可称为“损伤检测方法”，即本发明所涉及的方法；(2)确定结构损伤位置的方法； (3)确定结构损伤类型的方法；(4)确定结构损伤程度的方法；(5)确定结构剩余寿命的方法。现有结构健康监测领域的相关文献表明，从层次(1)至层次(5)，方法实施的难度依次增大。

对于土木工程领域的实际结构，即使是上述层次(1)的方法实施难度也较大。现有技术主要有两种，一是有限元模型方法，通过建立结构的物理模型，描述监测数据与结构参数之间的函数关系，从而根据监测数据的变化反演结构参数的变化，来确定结构损伤的发生；二是模态分析方法，将原始监测数据从时域转化为模态域，根据模态数据变化确定结构损伤的发生。

但是这两种现有方法都存在着许多不足，具体来讲，有限元模型方法旨在模拟实际结构中各微元体几何、力学、物理等方面的关系，因此随着结构复杂程度的增加，有限元模型建模难度极大提高，以致于通常难以建立合理的模型，模态分析方法需要从原始时域监测数据抽取出模态域特征量，这种处理方法必然会减少数据中的信息量。

发明内容

发明目的：本发明要解决的技术问题是提供一种基于统计过程控制的土木工程结构损伤检测方法，其建模难度不会随结构复杂程度的增加而增加，并且它直接采用原始监测数据进行结构损伤检测，避免了数据信息量的损失，从而提高了方法的有效性。

技术方案：本发明所述的基于统计过程控制的土木工程结构损伤检测方法,包括以下步骤：

(1)利用数据监测设备采集土木工程的结构响应数据x_k，共m×n个，1≤k≤m× n，并把x_k分为m组，每组数据的个数都是n；

(2)对每组数据采用下式求均值与极差R_i：

(3)均值极差R_i的上下限分别按下式计算：

其中

其中，分别为的上限、中心线、下限，UCL_R、Center_R、LCL_R分别为R_i的上限、中心线、下限，A₂、D₃、D₄是与n有关的统计参数；

(4)检查在之外的数据个数是否超过m·P₁，检查在[UCL_R,LCL_R]之外R_i的数据个数是否超过m·P₂，其中P₁是当结构处于正常状态下时在之外的概率，P₂是当结构处于正常状态下时R_i在[UCL_R,LCL_R]之外的概率，如果上述二者之一超过，即表明结构处于损伤状态，完成对结构损伤的检测。

所述的结构响应数据x_k包括加速度、速度、位移和应变，且在相同时间间隔采集。