【技术实现步骤摘要】
一种钢管束混凝土墙不密实区域检测方法及系统
[0001]本专利技术涉及结构缺陷检测
，尤其涉及一种钢管束混凝土墙不密实区域检测方法及系统
。
技术介绍
[0002]钢管束混凝土墙作为一种新型的组合结构被应用于厂房和高层建筑等框架结构中，其不密实区域会降低钢结构与混凝土结合的有效性，降低结构的整体性能，带来结构的安全隐患，随着动力测试方法的不断发展，基于动力学的结构损伤检测方法得到了广泛的应用，而目前还没有在钢管束混凝土墙中基于小波柔度曲率的检测定位研究
。
[0003]现有的结构动力特性的损伤检测，可以很好的从结构固有属性中分析结构损伤信息，然而由于钢管束混凝土墙体充填混凝土不密实区域发生于结构内部，无法通过目测的方法直接判断，传统振动类缺陷检测方法常直接从结构振型构建相关指标，难以很好利用结构参数中的损伤信息，因此采用振型指标的方法不够精确
。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供一种钢管束混凝土墙不密实区域检测方法及系统，以克服上述技术问题
。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种钢管束混凝土墙不密实区域检测方法，包括以下步骤：
[0007]S1
：利用激光多普勒测振仪系统与激振器系统对钢管束混凝土墙体进行模态测试获取低阶结构模态参数；所述低阶结构模态参数包括水平向低阶自振频率与振型；
[0008]所述激光多普勒测振仪系统包括依次连接的多普勒计算机控制端
、>激光多普勒控制箱以及激光多普勒扫描仪；
[0009]所述激振器系统包括功率放大器与激振器组件；
[0010]S2
：根据所述钢管束混凝土墙体水平向低阶自振频率与振型，结合结构质量矩阵推导计算所述钢管束混凝土墙体的近似柔度矩阵；
[0011]S3
：通过中心差分法沿所述钢管束混凝土墙体的水平方向与铅锤方向，分别计算所述近似柔度矩阵的曲率并求和，获取所述钢管束混凝土墙体的柔度曲率；
[0012]S4
：利用二维小波变换对所述柔度曲率进行处理，获得所述钢管束混凝土墙体的小波柔度曲率；
[0013]S5
：根据所述钢管束混凝土墙体的小波柔度曲率的奇异峰值位置，识别确认钢管束混凝土墙的不密实区域
。
[0014]进一步的，
S1
中所述获取低阶结构模态参数，包括以下步骤：
[0015]S1.1
：对待测钢管束混凝土墙的待测面进行随机网格布设，获取多个待测面的网格状测点；
[0016]S1.2
：通过多普勒计算机控制端根据待测面网格状测点设置
periodic chirp
扫频
信号；所述
periodic chirp
扫频信号经由功率放大器进行信号放大获得激励时程信号
F
j
并传输至激振器组件；所述激振器组件根据激励时程信号
F
j
使钢管束混凝土墙体产生振动量；
[0017]S1.3
：通过激光多普勒扫描头根据布设的所述待测面网格状测点，依次采集待测面各网格状测点的激光向速度时程信号
v
j0
；并对所述激光向速度时程信号
v
j0
进行角度转换获得水平向速度时程信号
v
j
；
[0018]S1.4
：根据所述水平向速度时程信号与激励时程信号
F
j
计算待测面各网格状测点的频响函数序列；
[0019]S1.5
：由各网格状测点的频响函数序列的峰值确认各网格状测点的多个自振频率；将各网格状测点在同阶自振频率处的频响函数值作为结构该阶振型值，并将所述结构该阶振型值整理成振型列向量
φ
i
；对所有测点识别的同阶自振频率求取平均得到结构该阶自振频率
ω
i
；
[0020]S1.6
：对各阶振型列向量
φ
i
中的所述结构该阶振型值进行双调和样条插值处理，优化各阶振型列向量
φ
i
。
[0021]进一步的，
S2
中计算所述钢管束混凝土墙体的近似柔度矩阵的计算公式为
[0022][0023][0024]式中：
M
为质量矩阵；
K
为刚度矩阵；
F
为柔度矩阵；
Φ
为振型矩阵；
φ
i
为
i
阶振型列向量；
f
i
为
i
阶自振频率；
ω
i
为
i
阶自振角频率；
m
i
为
i
阶模态质量；
k
i
为
i
阶模态刚度
。
[0025]进一步的，
S3
中获取所述钢管束混凝土墙体的柔度曲率的计算公式为
[0026][0027]式中：为柔度曲率；为归一化后的柔度曲率；
F(x
i
，
y
j
)
为钢管束混凝土墙水平
x
方向第
i
列与
y
方向第
j
列处测点的水平向近似柔度矩阵；
d
x
与
d
y
分别为网格状测点的水平方向与铅锤方向的间距；
F
xx
为近似柔度矩阵
F
沿墙体水平方向的近似柔度矩阵的曲率；
F
yy
为近似柔度矩阵
F
沿墙体铅锤方向的近似柔度矩阵的曲率
。
[0028]进一步的，
S4
中获得所述钢管束混凝土墙体的小波柔度曲率的计算公式为
[0029][0030][0031]式中：
ψ
M
(x
，
y)
为二维方向
Morlet
小波函数；
θ
为旋转角度；
σ
为
Morlet
小波标准差
参数；
i
为虚数；
u1与
u2分别为小波函数在
x、y
方向的平移参数；
s
表示尺度因子；为小波柔度曲率；为拉普拉斯算子；为卷积运算
。
[0032]进一步的，
S5
中所述识别确认钢管束混凝土墙的不密实区域，包括以下步骤：
[0033]S5.1
：设定不同的二维小波变换尺度参数
σ
与角度参数
θ
，计算在各尺度参数与各角度参数下的小波柔度曲率，并对计算获得的小波柔度曲率进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种钢管束混凝土墙不密实区域检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：利用激光多普勒测振仪系统与激振器系统对钢管束混凝土墙体进行模态测试获取低阶结构模态参数；所述低阶结构模态参数包括水平向低阶自振频率与振型；所述激光多普勒测振仪系统包括依次连接的多普勒计算机控制端
、
激光多普勒控制箱以及激光多普勒扫描仪；所述激振器系统包括功率放大器与激振器组件；
S2
：根据所述钢管束混凝土墙体水平向低阶自振频率与振型，结合结构质量矩阵推导计算所述钢管束混凝土墙体的近似柔度矩阵；
S3
：通过中心差分法沿所述钢管束混凝土墙体的水平方向与铅锤方向，分别计算所述近似柔度矩阵的曲率并求和，获取所述钢管束混凝土墙体的柔度曲率；
S4
：利用二维小波变换对所述柔度曲率进行处理，获得所述钢管束混凝土墙体的小波柔度曲率；
S5
：根据所述钢管束混凝土墙体的小波柔度曲率的奇异峰值位置，识别确认钢管束混凝土墙的不密实区域
。2.
根据权利要求1所述的一种基于小波柔度曲率的钢管束混凝土墙不密实区域检测方法，其特征在于，
S1
中所述获取低阶结构模态参数，包括以下步骤：
S1.1
：对待测钢管束混凝土墙的待测面进行随机网格布设，获取多个待测面的网格状测点；
S1.2
：通过多普勒计算机控制端根据待测面网格状测点设置
periodic chirp
扫频信号；所述
periodic chirp
扫频信号经由功率放大器进行信号放大获得激励时程信号
F
j
并传输至激振器组件；所述激振器组件根据激励时程信号
F
j
使钢管束混凝土墙体产生振动量；
S1.3
：通过激光多普勒扫描头根据布设的所述待测面网格状测点，依次采集待测面各网格状测点的激光向速度时程信号
v
j0
；并对所述激光向速度时程信号
v
j0
进行角度转换获得水平向速度时程信号
v
j
；
S1.4
：根据所述水平向速度时程信号与激励时程信号
F
j
计算待测面各网格状测点的频响函数序列；
S1.5
：由各网格状测点的频响函数序列的峰值确认各网格状测点的多个自振频率；将各网格状测点在同阶自振频率处的频响函数值作为结构该阶振型值，并将所述结构该阶振型值整理成振型列向量
φ
i
；对所有测点识别的同阶自振频率求取平均得到结构该阶自振频率
ω
i
；
S1.6
：对各阶振型列向量
φ
i
中的所述结构该阶振型值进行双调和样条插值处理，优化各阶振型列向量
φ
i
。3.
根据权利要求1所述的一种基于小波柔度曲率的钢管束混凝土墙不密实区域检测方法，其特征在于，
S2
中计算所述钢管束混凝土墙体的近似柔度矩阵的计算公式为中计算所述钢管束混凝土墙体的近似柔度矩阵的计算公式为式中：
M
为质量矩阵；
K
为刚度矩阵；
F
为柔度矩阵；
Φ
为振型矩阵；
φ
i
为
i
阶振型列向量；
f
i
为
i
阶自振频率；
ω
i
为
i
阶自振角频率；
m
i
为
i
阶模态质量；
k
i
为
i
阶模态刚度
。
4.
根据权利要求1所述的一种基于小波柔度曲率的钢管束混凝土墙不密实区域检测方法，其特征在于，
S3
中获取所述钢管束混凝土墙体的柔度曲率的计算公式为中获取所述钢管束混凝土墙体的柔度曲率的计算公式为中获取所述钢管束混凝土墙体的柔度曲率的计算公式为式中：为柔度曲率；为归一化后的柔度曲率；
F(x
i
,y
j
)
为钢管束混凝土墙水平
x
方向第
i
列与
y
方向第
j
列处测点的水平向近似柔度矩阵；
d
x
与
d
y
分别为网格状测点的水平方向与铅锤方向的间距；
F
xx
为近似柔度矩阵
F
沿墙体水平方向的近似柔度矩阵的曲率...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤斐超，孙海林，杨志辉，周思峰，李旭阳，朴树朋，徐策，封志，刘军，梁建军，刘乐，郝敏洁，单晓晴，
申请(专利权)人：中交一公局集团华中工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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