一种基于振动功率流的叠层橡胶隔震支座损伤识别方法技术

本发明专利技术涉及一种基于振动功率流的叠层橡胶隔震支座损伤识别方法，其特征在于，将叠层橡胶隔震支座作为有限周期结构进行损伤识别，所述损伤识别方法包括步骤：基于周期结构的输入功率流与自振频率的关系获取输入功率流与基本周期单元损伤前后剪切模量变化之间的关系；建立输入功率流变化率对单元损伤的敏感性识别方程组；基于所述输入功率流与基本周期单元损伤前后剪切模量变化之间的关系求解所述敏感性识别方程组以实现叠层橡胶隔震支座的损伤识别。可有效提高损伤识别精度。可有效提高损伤识别精度。可有效提高损伤识别精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于振动功率流的叠层橡胶隔震支座损伤识别方法


[0001]本专利技术涉及土木工程结构检测领域，特别涉及一种基于振动功率流的叠层橡胶隔震支座损伤识别方法。

技术介绍

[0002]地震发生时，叠层橡胶隔震支座产生较大的水平变形，是最容易发生破坏的结构关键、敏感部位，且荷载、环境等不利因素长期耦合作用将导致隔震支座的性能不断劣化，呈现出损伤、破坏等特征，危及隔震建筑物的整体安全性能。因此，对叠层橡胶隔震支座进行健康监测和损伤识别研究十分必要。
[0003]相关技术中对叠层橡胶隔震支座的损伤检测方法包括：1)针对严重破坏支座，直接更换；2)针对有残余变形支座，将其进行复位。但由此带来复位后支座内部是否存在损伤以及内部损伤如何检测等问题。另一些相关技术中提到将所有的待检测橡胶隔震支座进行拆卸，然后依据实验室支座力学性能试验判据标准和人为经验等逐一检测后再重新安装。这些方法对于一些大型建筑工程来说不仅耗时、费力、影响结构的正常运行，而且在拆卸、检测过程中还有可能由于突发余震而导致结构整体损伤加重甚至倒塌。相关技术提到基于压电阻抗信息进行损伤识别的方法(CN109709150A)，需要测量“压电阻抗信息”，由于压电阻抗信息变化量较小且不易采集，其对于损伤识别所带来的误差较大；同时无法考虑上部建筑结构对叠层橡胶隔震支座的影响，在工程实际应用中缺乏实用性。
[0004]因此，精确反映叠层橡胶隔震支座的损伤动力特性，并实现现场快速识别支座的损伤程度是目前学术界及工程界亟待解决的关键科学问题之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供一种基于振动功率流的叠层橡胶隔震支座损伤识别方法，以解决相关技术中的问题。
[0006]一方面，提供一种基于振动功率流的叠层橡胶隔震支座损伤识别方法，其特征在于，将叠层橡胶隔震支座作为有限周期结构进行损伤识别，所述损伤识别方法包括步骤：
[0007]基于周期结构的输入功率流与自振频率的关系获取输入功率流与基本周期单元损伤前后剪切模量变化之间的关系；
[0008]建立输入功率流变化率对单元损伤的敏感性识别方程组；
[0009]基于所述输入功率流与基本周期单元损伤前后剪切模量变化之间的关系求解所述敏感性识别方程组以实现叠层橡胶隔震支座的损伤识别。
[0010]一些实施例中，基于周期结构的输入功率流与自振频率的关系获取输入功率流与基本周期单元损伤前后剪切模量变化之间的关系，包括步骤：
[0011]构建基本周期单元损伤前后剪切模量变化与周期结构自振频率之间的关系；
[0012]根据输入功率流与周期结构边界导纳与激励力的函数关系建立输入功率流与周期结构自振频率之间的关系；
[0013]基于所述输入功率流与周期结构自振频率之间的关系与所述基本周期单元损伤前后剪切模量变化与周期结构自振频率之间的关系，推导输入功率流与基本周期单元损伤前后剪切模量变化之间的关系。
[0014]一些实施例中，构建基本周期单元损伤前后剪切模量变化与周期结构自振频率之间的关系，包括步骤：
[0015]基于特征波导纳法构建含损伤单元的周期结构自振频率特征方程；
[0016]将叠层橡胶隔震支座简化为周期结构后建立叠层橡胶隔震支座的基本周期单元在损伤前后的剪切模量变化与单元导纳之间的关系；
[0017]将所述剪切模量变化与单元导纳之间的关系代入所述周期结构自振频率特征方程以求得基本周期单元损伤前后剪切模量变化与周期结构自振频率之间的关系。
[0018]一些实施例中，基于特征波导纳法构建含损伤单元的周期结构自振频率特征方程，包括步骤：
[0019]假定由n个相同的基本周期单元组成的周期结构中第j个基本周期单元为损伤单元，且所述周期结构的边界为C和D；
[0020]将所述损伤单元的两端节点分别标记为A和B，并在所述周期结构的边界C处施加激励力F
C
；
[0021]根据第一公式构建所述含损伤单元的周期结构自振频率特征方程；
[0022]所述第一公式为：1+Φ＝0，其中Φ为波传播常数，且
[0023][0024][0025][0026][0027]其中，μ为波的转播常数，e为自然常数，
[0028]为施加所述激励力F
C
后正向传递波在边界C处引起的位移,
[0029]为施加所述激励力F
C
后反射波在边界C处引起的位移,
[0030]β为边界D点处传递波和反射波所引起的位移比值，且
[0031]和分别为正向传递波与反射波所对应的特征波导纳，α
D
为周期结构边界D处的导纳，α
AA
、α
BB
分别为损伤单元j两端节点A、B处的直接导纳，α
AB
、α
BA
为损伤单元j的间接导纳。
[0032]一些实施例中，将叠层橡胶隔震支座简化为周期结构后建立叠层橡胶隔震支座的基本周期单元在损伤前后的剪切模量变化与单元导纳之间的关系，包括步骤：
[0033]将叠层橡胶隔震支座简化为所述周期结构使所述边界C为叠层橡胶隔震支座的下端边界且所述边界D为叠层橡胶隔震支座的上端边界，同时，
[0034]所述叠层橡胶隔震支座中的每个基本周期单元含有一个质量为m
r
、厚度为d、橡胶密度为ρ2且截面面积为a的橡胶层和两个质量均为m
s
/2的钢板；
[0035]根据第二公式获取所述损伤单元j发生损伤后的直接单元导纳和间接单元导纳分别与剪切模量变化的关系；
[0036]所述第二公式为：
[0037][0038][0039][0040]其中，n
*
＝ω(ρ2/(G+ΔG))
1/2
，
[0041]G为叠层橡胶隔震支座的剪切模量，ΔG为损伤单元j在损伤前后剪切模量的变化，ω为频率，α
ll
、α
rr
为损伤单元j发生损伤后的直接单元导纳，α
lr
、α
rl
为损伤单元j发生损伤后的间接单元导纳。
[0042]一些实施例中，根据输入功率流与周期结构边界导纳与激励力的函数关系建立输入功率流与周期结构自振频率之间的关系，包括步骤：
[0043]根据第三公式求得输入功率流与周期结构边界导纳与激励力的函数关系；
[0044]所述第三公式为：
[0045][0046]式中，Re表示取实部，α
D
为周期结构边界D处的导纳，F
c
为隔震支座基底的广义力，V
*
为激励力F
c
作用下边界C处对应的速度响应；
[0047]将所述第二公式代入所述第三公式以求得输入功率流与周期结构自振频率之间的关系，且
[0048]所述输入功率流与周期结构自振频率之间的关系表示为：
[0049][0050]其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于振动功率流的叠层橡胶隔震支座损伤识别方法，其特征在于，将叠层橡胶隔震支座作为有限周期结构进行损伤识别，所述损伤识别方法包括步骤：基于周期结构的输入功率流与自振频率的关系获取输入功率流与基本周期单元损伤前后剪切模量变化之间的关系；建立输入功率流变化率对单元损伤的敏感性识别方程组；基于所述输入功率流与基本周期单元损伤前后剪切模量变化之间的关系求解所述敏感性识别方程组以实现叠层橡胶隔震支座的损伤识别。2.如权利要求1所述的基于振动功率流的叠层橡胶隔震支座损伤识别方法，其特征在于，基于周期结构的输入功率流与自振频率的关系获取输入功率流与基本周期单元损伤前后剪切模量变化之间的关系，包括步骤：构建基本周期单元损伤前后剪切模量变化与周期结构自振频率之间的关系；根据输入功率流与周期结构边界导纳与激励力的函数关系建立输入功率流与周期结构自振频率之间的关系；基于所述输入功率流与周期结构自振频率之间的关系与所述基本周期单元损伤前后剪切模量变化与周期结构自振频率之间的关系，推导输入功率流与基本周期单元损伤前后剪切模量变化之间的关系。3.如权利要求2所述的基于振动功率流的叠层橡胶隔震支座损伤识别方法，其特征在于，构建基本周期单元损伤前后剪切模量变化与周期结构自振频率之间的关系，包括步骤：基于特征波导纳法构建含损伤单元的周期结构自振频率特征方程；将叠层橡胶隔震支座简化为周期结构后建立叠层橡胶隔震支座的基本周期单元在损伤前后的剪切模量变化与单元导纳之间的关系；将所述剪切模量变化与单元导纳之间的关系代入所述周期结构自振频率特征方程以求得基本周期单元损伤前后剪切模量变化与周期结构自振频率之间的关系。4.如权利要求3所述的基于振动功率流的叠层橡胶隔震支座损伤识别方法，其特征在于，基于特征波导纳法构建含损伤单元的周期结构自振频率特征方程，包括步骤：假定由n个相同的基本周期单元组成的周期结构中第j个基本周期单元为损伤单元，且所述周期结构的边界为C和D；将所述损伤单元的两端节点分别标记为A和B，并在所述周期结构的边界C处施加激励力F
C
；根据第一公式构建所述含损伤单元的周期结构自振频率特征方程；所述第一公式为：1+Φ＝0，其中Φ为波传播常数，且X＝X1+X2，Y＝Y1+Y2，
其中，μ为波的转播常数，e为自然常数，为施加所述激励力F
C
后正向传递波在边界C处引起的位移,为施加所述激励力F
C
后反射波在边界C处引起的位移,β为边界D点处传递波和反射波所引起的位移比值，且所引起的位移比值，且和分别为正向传递波与反射波所对应的特征波导纳，α
D
为周期结构边界D处的导纳，α
AA
、α
BB
分别为损伤单元j两端节点A、B处的直接导纳，α
AB
、α
BA
为损伤单元j的间接导纳。5.如权利要求4所述的基于振动功率流的叠层橡胶隔震支座损伤识别方法，其特征在于，将叠层橡胶隔震支座简化为周期结构后建立叠层橡胶隔震支座的基本周期单元在损伤前后的剪切模量变化与单元导纳之间的关系，包括步骤：将叠层橡胶隔震支座简化为所述周期结构使所述边界C为叠层橡胶隔震支座的下端边界且所述边界D为叠层橡胶隔震支座的上端边界，同时，所述叠层橡胶隔震支座中的每个基本周期单元含有一个质量为m
r
、厚度为d、橡胶密度为ρ2且截面面积为a的橡胶层和两个质量均为m
s
/2的钢板；根据第二公式获取所述损伤单元j发生损伤后的直接单元导纳和间接单元导纳分别与剪切模量变化的关系；所述第二公式为：所述第二公式为：所述第二公式为：其中，n
*
＝ω(ρ2/(G+ΔG))
1/2
，G为叠层橡胶隔震支座的剪切模量，ΔG为损伤单元j在损伤前后剪切模量的变化，ω为频率，α
ll
、α
rr
为损伤单元j发生损伤后的直接单元导纳，α
lr
、α
rl
为损伤单元j发生损伤后的间接单元导纳。6.如权利要求5所述的基于振动功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴巧云，荆国强，王宏伟，马长飞，陈旭勇，
申请(专利权)人：武汉工程大学中铁大桥科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：