[发明专利]一种历史建筑结构性能劣化的无损评价方法

权利要求书

1.一种历史建筑结构性能劣化的无损评价方法，其特征在于，所述方法包括：

S1：建立历史建筑的有限元模型并对所述有限元模型进行动力学分析得到前预设阶数模态下的历史建筑的频率和振型；

S2：在所述历史建筑的柱子和梁交汇处的地板上设置加速度传感器并对所述历史建筑进行环境振动测试，以得到所述历史建筑不同位置节点处在外界环境振动干扰下的加速度、速度和位移；

S3：基于所述加速度、速度和位移获得初步实验模态的频率和振型，将所述初步实验模态的频率和振型与步骤S1中的频率和振型进行比对，将振型和频率误差小于20％的设置为实验频率和实验振型；

S4：构建所述历史建筑的3D实体线模型，以将所述历史建筑的梁、柱离散为独立的计算单元，将所述3D实体线模型中节点坐标、杆单元起止点索引号导出；

S5：基于所述节点坐标和索引号构建所述计算单元的刚度矩阵和质量矩阵；

S6：基于所有计算单元的刚度矩阵和质量矩阵构建结构动力学方程组，所述动力学方程组的特征值即为计算频率，所述特征值对应的特征向量为计算振型；

S7：以所述实验频率为基准，在所述计算频率中提取与所述实验频率最接近的频率值的目标计算频率，并提取对应的目标计算振型；

S8：求取实验振型与目标计算振型的MAC值，以所述MAC值为参数并以实验频率和目标计算频率的整体偏差最小为目标构建目标函数；

S9：采用粒子群优化算法对结构动力学方程组中的杨氏模量进行更新以使所述目标函数最小，并将对应的目标杨氏模量导出，依据所述目标杨氏的大小判断所述对应计算单元的损伤程度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，基于所述加速度、速度和位移获得初步实验模态的频率和振型具体为：

S31：将所述加速度、速度和位移输入Artemis Model Pro软件分别进行增强频域分解和随机子空间模态分析，得到两个模态分析结果；

S32：对两个模态分析结果进行MAC值计算，选择MAC值大于80％的模态确定最终的初步实验模态。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5还包括计算全局质量矩阵和全局刚度矩阵，步骤S5还包括剔除全局刚度矩阵和全局质量矩阵中节点自由度为0时对应的行和列。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S7还包括对所述目标计算振型中在步骤S5剔除的自由度所在的行和列全部用0补全。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S6中所述结构动力学方程组为：

其中，[Ms_n]为索引号为n的计算单元剔除掉被约束自由度后的质量矩阵，[Ks_n]为索引号为n的计算单元剔除掉被约束自由度后的的刚度矩阵，{u_n}为索引号为n的计算单元的位移，为索引号为n的计算单元的加速度，{P_n}为索引号为n的计算单元所受的外力。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S8中求取实验振型与目标计算振型的MAC值MAC_num，exp的计算公式为：

其中，为目标计算振型，为实验振型，T为转置。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述目标函数d为：

其中，M为所考虑的阶数，i等于1，f_num为目标计算频率，f_exp为实验频率，w_f为频率项的权重因子，为振型项的权重因子，

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中采用Abaqus软件建立所述有限元模型；步骤S4中采用Blender软件建立所述3D实体线模型。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将导出的目标杨氏模量采用色彩云图进行表示。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1还包括根据所述频率选择加速度传感器的量程。