[发明专利]一种基于IMU的抗震支吊架损伤状态监测与评估方法

说明书

本发明涉及一种基于IMU的抗震支吊架损伤状态监测与评估方法，包括以下步骤：1)搭建抗震支吊架损伤监测装置，并通过IMU采集抗震支吊架各构件的响应数据后进行预处理；2)在抗震支吊架安装后正式投入使用前，选取第一采集区间，通过各测点的IMU的时序响应数据计算正常状态下的统计特征值V₀；3)在抗震支吊架正式使用阶段中，选取第二采集区间，利用各测点的IMU的时序响应数据计算损伤状态下的统计特征值V₁；4)计算所有统计特征值的相对变化量RV；5)选择最终支吊架的损伤敏感指标；6)对抗震支吊架进行损伤评估。与现有技术相比，本发明利用测点三方向六自由度的响应数据，丰富了支吊架的损伤敏感指标，并实现对支吊架损伤状态的全面评估。

技术领域

本发明涉及工程结构健康监测领域，尤其是涉及一种基于IMU的抗震支吊架损伤状态监测与评估方法。

背景技术

抗震支吊架是支承水管、风管和桥架等机电管线设备并提供抗震保护的支吊架产品，一般分为纵向支吊架和侧向支吊架两种，主要承受水平方向的地震作用，可以限制附属机电工程设施产生位移，控制设施振动，并将荷载传递至承载结构上的各类组件或装置，支吊架最常见的损伤类型为螺栓松动引起的结构刚度退化，以及构件裂纹、螺栓螺母脱落、焊缝裂纹、撕裂和连接部件松动等情况，目前对抗震支吊架的性能评估方法尚不完善，有必要对常见抗震支吊架构件的损伤指标进行进一步的研究。

随着结构健康监测领域研究的深入，利用时间序列进行损伤识别成为研究的热点，通过采集服役状态下结构振动响应的实时监测数据，能够提取数据的相关特征信息以映射损伤特征指标，进而在信号特征发生变化时提供预警，从而对结构进行性能评估和损坏预后并对结构剩余寿命进行预测，进而为维修、改造和更换等结构干预措施提供决策支持，因此，以抗震支吊架为代表的非结构构件性能的监测与评估具有广泛的应用价值。

在以往支吊架动力监测与性能监测方面，相关专利及文献主要采用反映支吊架振动及变形特性的加速度传感器和应变传感器，以刚度变化作为主要指标，并对信号进行频域分析，反映出传感器种类以及损伤指标判据相对单一，因此，丰富传感器种类并将其布置在结构的最优位置，从而获取更多结构的物理量信息，提出更为准确易得的损伤指标，也是目前支吊架结构监测领域研究的关键问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于IMU的抗震支吊架损伤状态监测与评估方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于IMU的抗震支吊架损伤状态监测与评估方法，该方法包括以下步骤：

1)搭建抗震支吊架损伤监测装置，并通过IMU采集抗震支吊架各构件的响应数据后进行预处理；

2)在抗震支吊架安装后正式投入使用前，选取设定的时长t₁为第一采集区间，通过各测点的IMU的时序响应数据计算正常状态下的统计特征值V₀；

3)在抗震支吊架正式使用阶段中，考虑抗震支吊架上的固定螺栓因外界震动导致松动形成构件局部损伤，选取设定的时长t₂为第二采集区间，利用各测点的IMU的时序响应数据计算损伤状态下的统计特征值V₁；

4)计算所有统计特征值的相对变化量RV；

5)设定变幅阈值TV，提取所有监测通道采集的响应数据中RV＞TV对应的统计特征值，并将其作为一阶敏感指标，统计一阶敏感指标分别在所有监测通道中被提取的总数，总数最多的前3项指标认定为二阶敏感指标，即最终支吊架的损伤敏感指标；

6)根据获取的损伤敏感指标对抗震支吊架进行损伤评估。

所述的步骤1)中，抗震支吊架损伤监测装置包括安装在抗震支吊架上的多个IMU、与IMU进行无线通信的采集设备以及进行数据处理的处理器。