一种建筑结构性能评估方法技术

本发明专利技术提供了一种建筑结构性能评估方法

【技术实现步骤摘要】
一种建筑结构性能评估方法、系统及装置


[0001]本专利技术涉及建筑结构性能评估
，尤其是涉及一种建筑结构性能评估方法
、
系统及装置
。

技术介绍

[0002]目前，对既有建筑结构评价主要依据
《
民用建筑可靠性鉴定标准
》、《
工业建筑可靠性鉴定标准
》
及
《
建筑抗震鉴定标准
》
三部标准
。
[0003]其中，
《
民用建筑可靠性鉴定标准
》、《
工业建筑可靠性鉴定标准
》
所采用的评价技术方法基本相同，将既有建筑结构的结构性能评价统称为可靠性鉴定，主要围绕结构的安全性进行鉴定评估，结构正常使用性属于次要功能要求
。
鉴定时将既有建筑结构拆解为地基基础
、
上部承重结构和围护系统承重结构三部分，每部分先根据构件鉴定项目评定结果确定单个构件等级，然后再根据子单元各鉴定项目及各种构件评定结果，确定子单元等级，最后根据子单元评定结果确定鉴定单元等级
。
规定的鉴定项目包括承载能力
、
位移变形
、
构造措施和损伤缺陷等四类，上述项目可按照现行建筑设计规范进行计算分析
。
总体来讲，上述二部可靠性鉴定标准均采用概率极限状态鉴定法，完全遵循现行极限状态设计准则，并按照分级模式逐层逐项进行检测鉴定
。
[0004]《
建筑抗震鉴定标准
》
与现行
《
建筑抗震设计规范
》
相匹配，对既有建筑抗震鉴定的设防目标，在相同概率保证的前提下与抗震设计完全一致，意味着抗震鉴定沿用抗震设计方法，结构抗震性能的评价指标与设计指标基本相同，同时采用地震力折减方式兼顾使用年限对地震作用的影响
。
[0005]但是，既有建筑结构评价方法中评价指标如承载力
、
变形等来源于现行建筑设计规范，均是遵循
《
建筑结构可靠性设计统一标准
》
中的要求，采用极限状态设计原则，进一步分为承载能力极限状态和正常使用极限状态
。
描述结构极限状态方程应符合如下要求：；其中，表示结构的功能函数；表示基本变量，指结构上的各种作用和环境影响
、
材料和岩土的性能及几何参数等；在进行可靠度分析时，基本变量应作为随机变量
。
[0006]如果将结构作用效应和结构抗力作为基本变量，则结构极限状态方程演变为：；其中，
R
表示结构的抗力；
S
表示结构的作用效应；根据结构极限状态方程的描述和3部鉴定标准条文要求，可以看出既有建筑结构评价方法存在以下缺点：1）结构安全鉴定均基于概率极限状态方法，该方法为了具有广泛性和普适性，采用具有上限包络性质的非确定性计算准则，但对具体项目的针对性不强；2）对于结构安全性的鉴定评估，采用二元式阈值评价方式，仅评估结构是否符合承载能力或正常使用的极限状态（阈值），评价指标和评价结果单一；3）虽然既有结构许多参数指标参与评价，但是在评价过程中无法体现每个参数发挥的作用，无法了解结构各子系统实际性
能运行状态
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种建筑结构性能评估方法
、
系统及装置，以解决现有技术中存在的至少一种上述技术问题
。
[0008]第一方面，为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种建筑结构性能评估方法，包括如下步骤：步骤
1、
对被测建筑结构进行静态实体检测及动力模态测试：所述静态实体检测包括质量分布检测及刚度状况检测；所述质量分布检测包括测量被测建筑结构的主体
、
装饰层
、
分隔墙体
、
外围护结构
、
设备等构件尺寸，并基于所述构件尺寸及密度，推算构件质量；所述刚度状况检测包括构件检测及节点检测；所述构件检测包括弹性模量检测及材料损伤检测；所述节点检测包括约束检测及节点损伤检测；所述动力模态测试包括阻尼比测试及荷载作用测试；所述阻尼比测试是指通过加速度传感器和
/
或激光雷达等，以自然风激励和
/
或人工激励方式，得到被测建筑结构的实际振动时程信号曲线，并提取振动模态参数；所述振动模态参数包括各阶模态的频率
、
振幅
、
振动形状及阻尼比等；所述荷载作用测试包括实际测试和评估测试；所述实际测试是指将可探测的实际荷载作为输入荷载，例如风速仪采集的风速
、
人工激励的设定荷载等；所述评估测试是指将等效荷载或中间参数作为输入荷载；所述等效荷载可以根据建筑设计规范所规定的振（震）动效应等效作用荷载进行取值，例如设计地震作用
、
设计风荷载
、
设计车辆荷载等；所述中间参数是指采集现场振（震）源的重量
、
加速度时程曲线
、
中间传递介质性能等参数；在一种可行的实施方式中，所述弹性模量检测包括取样检测及理论推算；所述理论推算是指根据材料强度等级（例如混凝土强度等级
、
钢材牌号
、
砌体材料强度等级）及相应规范标准，间接推算弹性模量；在一种可行的实施方式中，所述材料损伤检测是指根据钢筋锈蚀和
/
或混凝土开裂和
/
或钢材显著变形和
/
或疲劳裂纹等损伤情况，推算构件有效尺寸及附加荷载；在一种可行的实施方式中，所述约束检测是指根据节点的实际连接情况设置约束条件；在一种可行的实施方式中，所述节点损伤检测是指根据钢筋混凝土柱梁节点和
/
或墙梁节点和
/
或组合楼板与钢梁节点和
/
或支撑节点等位置出现的变形和
/
或开裂和
/
或松动和
/
或滑移等缺陷情况，调整所述约束条件；在一种可行的实施方式中，在所述阻尼比测试中，对于高度小于等于
100
米的建筑结构，提取前
10
阶模态的参数；对于高度大于
100
米且跨度大于
60
米的建筑结构至少提取前
20
阶模态的参数；在一种可行的实施方式中，所述阻尼比包括第一阻尼比和第二阻尼比：所述第一阻尼比是指输入荷载小于建筑设计规范中规定的风荷载
、
地震作用
、
车辆荷载及施工荷载等工况荷载时，可以通过阻尼比测算方法，例如半功率宽带法
、
随机子空间法及自由衰减法等，从实际振动时程信号曲线中计算得到；所述第二阻尼比是指输入荷载大于等于建筑设
计规范中规定的风荷载
、
地震作用等工况荷载时，按照建筑设计规范的规定取值；步骤
2、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种建筑结构性能评估方法，其特征在于，包括：步骤
1、
对被测建筑结构进行静态实体检测及动力模态测试：所述静态实体检测包括质量分布检测及刚度状况检测；所述质量分布检测包括测量构件尺寸，并基于所述构件尺寸及密度，推算构件质量；所述刚度状况检测包括构件检测及节点检测；所述构件检测包括弹性模量检测及材料损伤检测；所述节点检测包括约束检测及节点损伤检测；所述动力模态测试包括阻尼比测试及荷载作用测试；所述阻尼比测试是指通过加速度传感器和
/
或激光雷达，以自然风激励和
/
或人工激励方式，得到被测建筑结构的实际振动时程信号曲线，并提取振动模态参数；所述振动模态参数包括各阶模态的频率
、
振幅
、
振动形状及阻尼比；所述荷载作用测试包括实际测试和评估测试；所述实际测试是指将实际荷载作为输入荷载；所述评估测试是指将等效荷载或中间参数作为输入荷载；步骤
2、
将每个楼层作为一个质点，构建每个质点构件的质量矩阵
、
阻尼矩阵及刚度矩阵；步骤
3、
基于线性多质点粘滞阻尼理论，构建质点自由运动系统方程，具体公式为：其中，
M
表示总质量矩阵；
C
表示总阻尼矩阵；
K
表示总刚度矩阵；表示作用在系统上的输入荷载；
t
表示输入荷载作用时间；
X
表示系统运动位移；步骤
4、
基于质点自由运动系统方程及构件尺寸，构建被测建筑结构的仿真模型；步骤
5、
基于所述仿真模型，输入所述动力模态测试的输入荷载，通过有限元分析，得到结构模态参数，所述结构模态参数包括各阶模态的频率
、
振幅
、
振动形状及阻尼比；将所述结构模态参数与所述振动模态参数进行比较：若差距均在预设比例以内，则保留该仿真模型，执行步骤7；若某项差距超出预设比例，则执行步骤6；步骤
6、
重新进行所述材料损伤检测及所述节点损伤检测，调整所述仿真模型的相关参数，执行步骤5；步骤
7、
基于所述仿真模型，输入需求荷载，通过有限元分析，得到评估结果
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弹性模量检测包括取样检测及理论推算；所述理论推算是指根据材料强度等级及相应规范标准，间接推算弹性模量
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料损伤检测是指根据钢筋锈蚀和
/
或混凝土开裂和
/
或钢材变形和
/
或疲劳裂纹，推算构件的有效尺寸及附加荷载
。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述约束检测是指根据节点的实际连接情况设置约束条件
。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王罡，岳清瑞，闵红光，施钟淇，金楠，
申请(专利权)人：深圳市城市公共安全技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：