[发明专利]一种已建建筑物结构内部多缺陷的无损检测方法

说明书

本发明公开了一种已建建筑物结构内部多缺陷的无损检测方法，在待检测建筑物的裸露表面布置加速度传感器；用脉冲锤多次敲击同一部位，通过加速度传感器获得冲击波，对冲击波响应信号进行频谱分析，获取前3~5阶频率和各阶频率对应的模态向量的测量值；建立建筑物结构的有限元模型，基于智能优化算法随机投放缺陷信息，理论计算前3~5阶频率和各阶频率对应的模态向量；构建目标函数；迭代更新缺陷信息，使目标函数最小化，直至达到收敛精度，反演出缺陷数量、位置及大小。本发明通过现场测试可以快速找到已建建筑物结构内部缺陷的数量、位置和大小，解决复杂条件下已建建筑物结构无损检测的困难，提高建筑物结构的使用寿命和耐久性。

技术领域

本发明涉及土木、水利工程结构健康检测领域，特别是一种已建建筑物结构内部多缺陷的无损检测方法。

背景技术

随着中国江苏沿海大开发、南水北调工程、淮河入江水道和入海水道等治淮工程的建设，建造了许多水利工程(水闸、泵站和船闸等)和水运、造船工程(码头、船坞)。这些结构大多属于地下的隐蔽工程，通常施工完成后，会被后续的施工整体覆盖，或仅露出一小部分。对这些结构进行有效检测，快速检测出建筑物结构内部可能存在的缺陷并修复，确保其安全运行已成为至关重要的问题，尤其是七十年代以前修建的水利工程，由于服役时间长，加上当时勘察、设计和施工中存在的质量问题，其老化和病变问题更为严重。实际使用中确实也发生多个工程由于内部缺陷引起的结构漏水、甚至工程失效的例子，如熔盛重工船坞墙体漏水和南通惠生船坞工程，地连墙接头位置衬砌墙上发现有纵向裂缝并有渗水现象等，极大地影响了工程使用，也成为工程潜在的安全隐患。对于地下隐蔽工程建筑物结构的质量检测，由于施工、测试技术手段等限制，常规结构缺陷检测技术很难快速找到结构内部缺陷(裂缝)。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中已建建筑物结构内部缺陷检测困难的问题，本发明提供一种已建建筑物结构内部多缺陷的无损检测方法。

技术方案：一种已建建筑物结构内部多缺陷的无损检测方法，包括以下步骤：

(1)在待检测建筑物的裸露表面布置加速度传感器；

(2)使用脉冲锤多次敲击待检测建筑物的同一部位，通过加速度传感器获得冲击波，对冲击波响应信号进行频谱分析，获取前3～5阶频率和各阶频率对应的模态向量的测量值；

(3)按照待检测建筑物的几何外形建立有限元网格模型；

(4)基于智能优化算法随机投放缺陷信息，所述缺陷信息包括位置、大小及数量，并基于扩展有限元理论计算待检测建筑物的前3～5阶频率和各阶频率对应的模态向量的计算值；

(5)根据前3～5阶频率和各阶频率对应的模态向量的测量值及计算值，基于频率残差和模态保证准则构建目标函数；

(6)通过智能优化算法迭代更新投放的缺陷信息，使目标函数最小化，直至达到收敛精度，反演出待检测建筑物结构内部的缺陷数量、位置及大小。

进一步的，步骤(1)包括：

(11)预估结构中存在的最大缺陷的个数为N，每个缺陷待反演参数的个数为M，确定加速度传感器的数量等于或大于N×M；

(12)现场勘查待检测建筑物，确定加速度传感器的测点位置，记录测点位置并编号；

(13)在各测点位置涂抹石膏作为粘合剂，安装加速度传感器。

进一步的，步骤(12)包括：若能够预知缺陷的位置，则在缺陷周围边界等间距布置加速度传感器；若无法预知缺陷的位置，则在结构的外边界等间距布置加速度传感器。

进一步的，步骤(3)中，按照待检测建筑物的几何外形建立有限元网格模型时，不考虑结构内部缺陷的几何特征，并施加与现场条件一致的几何边界条件。