基于固有频率变化率的高层框架结构的损伤位置识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于固有频率变化率的高层框架结构的损伤位置识别方法，包括以下步骤：提取不同损伤位置指标PL下的频率变化率kf；建立频率变化率kf与损伤位置指标PL的关系式；通过加速度传感器测量高层框架结构某一层的加速度响应值，并对该加速度响应值提取频率变化率kf；代入到频率变化率kf与损伤位置指标PL的关系式，反算出损伤程度指标PL。现有的损伤识别方法必须使用结构当前响应信号与结构损伤前的响应信号进行对比分析才能识别出损伤的位置，本发明专利技术只需要运用结构当前响应信号进行分析便可以识别出结构的损伤位置。本发明专利技术将结构的损伤位置与频率变化率公式化，利用该发明专利技术的公式可以准确的计算出结构的损伤位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及结构位置损伤识别方法，特别是一种高层框架结构的损伤位置识别方法。
技术介绍
当今房屋建筑中，高层框架结构的应用越来越广泛，然而伴随着材料老化、环境腐蚀、荷载效应、人为的破坏以及自然的突变效应等作用，这些作用将不可避免的导致结构的损伤累积和抗力衰减，因此采取科学的手段，从结构的耐久性和安全性的角度，对高层框架结构的损伤情况进行检测、识别、评估已经迫在眉睫。目前基于高层框架结构损伤位置的识别方法，都是通过对损伤前后的响应信号进行对比分析，从而定位结构的损伤位置。然而，在实际生活中，总会因为各种各样的原因导致结构损伤前的数据丢失，这样对识别损伤前的结构频率造成了巨大的干扰，从而不可避免的影响到结构损伤信息的识别。如果运用结构的固有频率变化率来识别结构的损伤，不需要结构损伤前的响应信号，只需要提供结构当前的响应信号，就可以分析结构的损伤位置，这样大大减少了损伤识别的工作量。关于固有频率变化率如何识别结构的损伤位置的研究，目前还未见相关报道。
技术实现思路
为解决现有方法存在的问题，本专利技术要提供一种能够利用结构当前的响应信号精确地识别结构的损伤位置的基于固有频率变化率的高层框架结构的损伤位置识别方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：基于固有频率变化率的高层框架结构的损伤位置识别方法，包括以下步骤：A、通过仿真方法建立频率变化率kf与损伤位置指标PL的关系式A1、提取不同损伤位置指标PL下的频率变化率kf利用数值仿真方法得到不同层刚度折减率相同时结构某特定层的加速度响应值，对该加速度响应值提取频率变化率kf；频率变化率式中：df为相邻采样时间内结构频率的变化量，dt为采样时间间隔；损伤位置指标式中：cn为结构的损伤层，c为结构的总层数；A2、建立频率变化率kf与损伤位置指标PL的关系式将步骤A1得到的频率变化率kf采用最小二乘拟合方法，得到频率变化率kf与损伤位置指标PL的关系式G(PL,kf)＝k'·PL-kf+C2＝0 (1)式中：kf为频率变化率，PL为损伤位置指标，k'、C2为常数。B、利用损伤后实测的加速度响应值反算出损伤位置指标PLB1、通过加速度传感器测量高层框架结构某一层的加速度响应值，并对该加速度响应值提取频率变化率kf；B2、将步骤B1得到的频率变化率kf代入式(1)，反算出损伤程度指标PL，计算公示如下：PL＝(kf－C2)/k' (2)从而得到结构的损伤位置指标PL。进一步地，所述的提取频率变化率kf的方法，包括以下步骤：S1、数据预处理对加速度响应值运用时频分析方法得到时间-频率-振幅的三维图。然后提取每一时刻的频率-振幅二维图中振幅的第一个峰值点所对应的频率，即每一时刻结构的一阶固有频率；S2、提取频率变化率kf采用最小二乘拟合方法，对步骤S1中得到的每一时刻的一阶固有频率进行线性拟合得到频率随时间变化的函数：f(t)＝kf·t+C1 (3)式中：f(t)为频率，t为时间，C1为常数；通过式(3)即得到频率变化率kf的值。进一步地，步骤S1中所述的时频分析方法是短时短时傅里叶变换方法。进一步地，所述的数值仿真方法包括matlab数值仿真方法、ansys数值仿真方法或abaqus数值仿真方法。进一步地，步骤A1中所述的特定层为安装有加速度传感器的所在层。进一步地，所述的加速度传感器安装在任一层。与现有方法相比，本专利技术有如下优点：1、现有的损伤识别方法必须使用结构当前响应信号与结构损伤前的响应信号进行对比分析才能识别出损伤的位置，本专利技术只需要运用结构当前响应信号进行分析便可以识别出结构的损伤位置。2、现有的损伤识别方法只能通过损伤前后信号的差异来识别结构的损伤位置，本专利技术将结构的损伤位置与频率变化率公式化，利用该专利技术的公式可以准确的计算出结构的损伤位置。附图说明图1是本专利技术的流程图。图2是提取频率变化率kf的流程图。图3是频率变化率kf与损伤位置指标PL的曲线图。具体实施方式下面结合附图阐述如何运用一阶固有频率变化率识别高层框架结构的损伤位置。对于高层框架结构来说，不同层的刚度折减率相同时，低层损伤相对于高层损伤对结构的破坏更大，所以相同的损伤程度，损伤层越高，结构的损伤因子越小，因而结构频率变化率越大。通过对大量的试验数据分析发现频率变化率与结构的损伤位置呈线性关系。实施例：实际结构为十二层的高层框架结构，假设已知结构某一层的刚度折减率为70％和第十层的加速度传感器得到的加速度响应值，求结构的损伤位置。按照图1-2所示的流程，运用matlab数值仿真方法模拟某十二层高层框架结构，分别在结构的第三至十二层的刚度降低70％等十个工况下输入El Centro地震波得到第十层的加速度响应值，对每个工况下的第十层加速度响应值按照步骤A提取频率变化率kf，结果如表1所示。画出PL-kf图以及拟合结果如图3所示。从而得到PL-kf的关系式如下：PL＝(kf+0.0128)/0.0095对实际结构第十层的加速度传感器得到的加速度响应值按照步骤A得到的的频率变化率kf＝-0.01207代入上式中得到PL＝(-0.01207+0.0128)/0.0095＝0.077损伤层cn＝PL×c＝0.077×12＝0.924≈1，所以，结构的损伤位置在第一层。表1PL-kf数据表PL3/124/125/126/127/128/129/1210/1211/121kf-0.0106-0.0097-0.0088-0.008-0.0071-0.0062-0.0055-0.0047-0.0041-0.0036本专利技术不局限于本实施例，任何在本专利技术披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于固有频率变化率的高层框架结构的损伤位置识别方法，其特征在于：包括以下步骤：A、通过仿真方法建立频率变化率kf与损伤位置指标PL的关系式A1、提取不同损伤位置指标PL下的频率变化率kf利用数值仿真方法得到不同层刚度折减率相同时结构某特定层的加速度响应值，对该加速度响应值提取频率变化率kf；频率变化率式中：df为相邻采样时间内结构频率的变化量，dt为采样时间间隔；损伤位置指标式中：cn为结构的损伤层，c为结构的总层数；A2、建立频率变化率kf与损伤位置指标PL的关系式将步骤A1得到的频率变化率kf采用最小二乘拟合方法，得到频率变化率kf与损伤位置指标PL的关系式G(PL,kf)＝k'·PL‑kf+C2＝0  (1)式中：kf为频率变化率，PL为损伤位置指标，k'、C2为常数；B、利用损伤后实测的加速度响应值反算出损伤位置指标PLB1、通过加速度传感器测量高层框架结构某一层的加速度响应值，并对该加速度响应值提取频率变化率kf；B2、将步骤B1得到的频率变化率kf代入式(1)，反算出损伤程度指标PL，计算公示如下：PL＝(kf‑C2)/k'  (2)从而得到结构的损伤位置指标PL。

【技术特征摘要】
1.基于固有频率变化率的高层框架结构的损伤位置识别方法，其特征在于：包括以下步骤：A、通过仿真方法建立频率变化率kf与损伤位置指标PL的关系式A1、提取不同损伤位置指标PL下的频率变化率kf利用数值仿真方法得到不同层刚度折减率相同时结构某特定层的加速度响应值，对该加速度响应值提取频率变化率kf；频率变化率式中：df为相邻采样时间内结构频率的变化量，dt为采样时间间隔；损伤位置指标式中：cn为结构的损伤层，c为结构的总层数；A2、建立频率变化率kf与损伤位置指标PL的关系式将步骤A1得到的频率变化率kf采用最小二乘拟合方法，得到频率变化率kf与损伤位置指标PL的关系式G(PL,kf)＝k'·PL-kf+C2＝0 (1)式中：kf为频率变化率，PL为损伤位置指标，k'、C2为常数；B、利用损伤后实测的加速度响应值反算出损伤位置指标PLB1、通过加速度传感器测量高层框架结构某一层的加速度响应值，并对该加速度响应值提取频率变化率kf；B2、将步骤B1得到的频率变化率kf代入式(1)，反算出损伤程度指标PL，计算公示如下：PL＝(kf-C2)/k' (2)从而得到结构的损伤位置指标PL。2.根据权利要求1所述的基于固有频率变化率的高层框架结构的损伤位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴强，郭少霞，夏超南，薛志成，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21