[发明专利]基于压电阻抗信息的叠层橡胶隔震支座损伤识别方法

说明书

本发明公开了一种基于压电阻抗信息的叠层橡胶隔震支座损伤识别方法，属于土木工程结构检测领域。该方法包括：(1)建立单一损伤和无损伤的单耦合周期结构的原点反共振频率特征方程；(2)叠层橡胶隔震支座简化为有限单耦合周期结构，计算无损伤状态下的无量纲原点反共振频率；(3)计算无量纲原点反共振频率对基本周期单元剪切刚度变化的敏感度，建立敏感性识别方程组；(4)采集损伤前后的导纳信号，提取结构原点反共振频率；基于损伤前后原点反共振频率的变化率，求解敏感性识别方程组，完成损伤识别。本发明只需测得结构损伤前后的少数几个测点的原点反共振频率的变化，不需要原始结构的准确模型参数，就能较准确地进行周期结构多损伤识别。

技术领域

本发明属于土木工程结构检测领域，更具体地，涉及一种基于压电阻抗信息的叠橡胶隔震支座损伤识别方法。

背景技术

隔震装置承担了大量地震能量消耗，在荷载、环境等多因素长期作用下性能不断劣化，是地震过程中最容易发生破坏的关键部位。其中，叠层橡胶隔震支座是目前广泛应用的隔震装置之一。叠层橡胶隔震支座通常是由一层橡胶叠加一层加强钢板相互交错经特殊工艺粘合压制成型，可视作由若干重复子结构(或称周期单元)通过首尾相接构成的链状谐调周期结构系统。

结构系统反共振是指弹性系统在某些特定频率谐和激励作用下，系统某些部位会出现谐和反应或动柔度为零的情形。相比于传统模态参数，反共振频率有其显著优势，既能表征结构的整体特性，又可反映结构局部物理参数变化。目前，反谐振主要应用于非周期结构的有限元模型修正与动力修改，较少应用于周期结构损伤识别。

基于压电陶瓷传感器/驱动器(缩写为PZT)的压电阻抗(EMI)技术在对微小损伤识别方面有巨大优势，尤其适宜结构局部在线监测与精准损伤识别。基本原理是利用高强粘结剂将PZT粘贴结构表面或植入结构内部，通过监测PZT自驱动传感器的电导纳信号的变化判断损伤的发生。而传感器损伤及粘结层缺陷会干扰构识别。

发明内容

针对现有技术的缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于压电阻抗信息的叠层橡胶隔震支座损伤识别方法，其目的在于充分利用叠层橡胶隔震支座沿轴向呈周期性特点，以PZT智能传感监测数据为基础，依据结构损伤前后的少数几个测点的原点反共振频率的变化，由此解决叠层橡胶隔震支座的多损伤识别的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于压电阻抗信息的叠层橡胶隔震支座损伤识别方法，包括以下步骤：

(1)构建单一损伤和无损伤的单耦合周期结构的原点反共振频率特征方程；

(2)将叠层橡胶隔震支座简化为单耦合周期结构，其基本周期单元由二阶剪切梁和二阶剪切梁两端的集中质量构成，计算单耦合周期结构在无损伤状态下的无量纲原点反共振频率；

(3)将剪切刚度增加量引入损伤单元的导纳中，计算无量纲原点反共振频率对基本周期单元剪切刚度变化的敏感度系数；视多损伤下反共振频率变化为单损伤引起变化的近似线性叠加，建立敏感性识别方程组；

(4)采集损伤前后的导纳信号，提取单耦合周期结构的原点反共振频率；基于损伤前后原点反共振频率的变化率，求解敏感性识别方程组，进行损伤识别。

进一步地，所述步骤(1)进一步包括以下子步骤：

(1.1)对于N个基本周期单元的单耦合周期结构，设左边界A固定，右边界B自由，激励力P作用于C点，则以C点作为分界点，将该单耦合周期结构划分为子结构I和子结构II；

(1.2)假定激励点C在节点j，子结构II有损伤单元k，即j＜k；子结构I视为两端固定、有j个单元的健康单耦合周期结构；子结构II视为左端固定、右端自由、有(N-j)个单元的单耦合周期结构，其中单元k发生损伤；子结构I与子结构II的固有频率特征方程分别为：

子结构I：1-e^-2jμ＝0