專利名稱：一種鋼屋架損傷診斷的頻率檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土木工程學(xué)科的結(jié)構(gòu)破損診斷領(lǐng)域，涉及一種鋼屋架損傷診斷的頻率檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
鋼屋架結(jié)構(gòu)在許多工業(yè)及民用建筑中廣泛應(yīng)用。由于服役年限的增長(zhǎng)，以及環(huán)境腐蝕、災(zāi)害荷載等的影響，鋼屋架倒塌的事故已時(shí)有發(fā)生，迫切需要對(duì)其損傷狀況作出及時(shí)的診斷，以便于維修加固避免災(zāi)難性的后果發(fā)生。傳統(tǒng)的損傷診斷方法多是可視的局部的實(shí)驗(yàn)方法，如超聲波方法、磁場(chǎng)方法、溫度場(chǎng)方法等。這些方法一般要求事先大概知道損傷位置且被檢測(cè)部位設(shè)備可以到達(dá)，因此工作量大耗費(fèi)高，且不適用于大型土木工程結(jié)構(gòu)的損傷診斷。利用鋼屋架結(jié)構(gòu)振動(dòng)參數(shù)的變化來(lái)判斷其損傷狀況的方法是目前的一種新技術(shù)。這種技術(shù)通過(guò)采集結(jié)構(gòu)損傷前后的振動(dòng)參數(shù)，并結(jié)合結(jié)構(gòu)的有限元模型來(lái)判斷結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷，損傷的位置及程度。其中，采集盡可能多的振動(dòng)參數(shù)是上述新診斷技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通常，鋼屋架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)參數(shù)包括頻率和振型，頻率的測(cè)量只需要布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)即可進(jìn)行，易于操作且精度很高；而振型的測(cè)量需要在結(jié)構(gòu)上布置大量的測(cè)點(diǎn)并通過(guò)大量的導(dǎo)線和數(shù)據(jù)采集儀器相連，實(shí)施起來(lái)十分困難且測(cè)量精度較低。因此，頻率便成為損傷診斷中最廣泛使用的參數(shù)。但是目前工程實(shí)踐的現(xiàn)有技術(shù)中，只能采集到少數(shù)幾個(gè)低階頻率參數(shù)，很多情況下不能滿足鋼屋架結(jié)構(gòu)損傷診斷的需要。有鑒于此，本發(fā)明人結(jié)合從事鋼屋架結(jié)構(gòu)領(lǐng)域研究工作多年的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)上述技術(shù)領(lǐng)域的缺陷進(jìn)行長(zhǎng)期研究，本案由此產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種鋼屋架損傷診斷的頻率檢測(cè)方法，采用附加質(zhì)量塊的附加質(zhì)量方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，可以方便的獲得足夠多的頻率信息用于鋼屋架結(jié)構(gòu)的損傷診斷，操作實(shí)施簡(jiǎn)單方便，且診斷的準(zhǔn)確度較高。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種鋼屋架損傷診斷的頻率檢測(cè)方法，包括以下步驟首先，任意選取鋼屋架中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)并在該節(jié)點(diǎn)上安裝可拆卸的附加質(zhì)量塊；其次，利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量出附加質(zhì)量后鋼屋架振動(dòng)的低階固有頻率；第三，拆除附加質(zhì)量塊，選取鋼屋架其它節(jié)點(diǎn)并將附加質(zhì)量塊安裝其上，繼續(xù)利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量出新的位置附加質(zhì)量后鋼屋架振動(dòng)的低階固有頻率；第四，重復(fù)以上過(guò)程，直到獲得足夠多的能夠滿足損傷診斷要求的頻率信息為止。進(jìn)一步，所述附加質(zhì)量塊包括兩塊完全相同的正方形鐵板，鐵板的尺寸根據(jù)鋼屋架節(jié)點(diǎn)的大小而定，兩塊鐵板對(duì)稱將鋼屋架節(jié)點(diǎn)夾在中間并通過(guò)四角處4顆相同的安裝螺絲加以固定，兩塊鐵板和4顆安裝螺絲共同構(gòu)成附加質(zhì)量塊。從而操作方便，附加質(zhì)量塊能重復(fù)使用，設(shè)備簡(jiǎn)單實(shí)施成本低，且不影響鋼屋架的正常工作，利于方便、準(zhǔn)確的采集數(shù)據(jù)
坐寸o進(jìn)一步，所述動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括一個(gè)無(wú)線傳感器和一臺(tái)無(wú)線動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，傳感器固定安裝于附加質(zhì)量塊中的一塊正方形鐵板中心位置。從而數(shù)據(jù)采集更加方便、準(zhǔn)確，而成本低廉，且又不影響鋼屋架的正常工作；其無(wú)線傳感器固定安裝于附加質(zhì)量塊中的一塊鐵板上，避免了已有技術(shù)中需要將傳感器安裝于工程結(jié)構(gòu)上的缺陷，容易實(shí)施，且可多次重復(fù)使用于不同的鋼屋架結(jié)構(gòu) 中。應(yīng)用附加質(zhì)量塊采集鋼屋架振動(dòng)的低階頻率過(guò)程如下首先任意選取鋼屋架中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)并將上述附加質(zhì)量塊安裝于該節(jié)點(diǎn)上，測(cè)量出此時(shí)鋼屋架振動(dòng)的低階頻率；然后更換附加質(zhì)量塊的安裝位置(即另外選取其它節(jié)點(diǎn)將附加質(zhì)量塊安裝其上)，并測(cè)量出新的安裝位置所對(duì)應(yīng)的鋼屋架振動(dòng)低階頻率；重復(fù)上述過(guò)程，直到測(cè)量出足夠數(shù)目的頻率信息為止。本技術(shù)方案能夠獲得更多頻率信息的原理在于安裝附加質(zhì)量塊后鋼屋架的振動(dòng)特性將發(fā)生明顯改變，且不同的安裝位置將會(huì)引起不同的振動(dòng)特性改變。沒(méi)有安裝附加質(zhì)量的鋼屋架，其振動(dòng)頻率數(shù)目是一個(gè)確定值。而安裝了附加質(zhì)量塊的鋼屋架，附加質(zhì)量塊的安裝位置每更換一次，都可以測(cè)量獲得和未安裝附加質(zhì)量鋼屋架同樣數(shù)目的頻率參數(shù)。因此，隨著附加質(zhì)量塊安裝位置的變化，測(cè)量所得的頻率數(shù)目將會(huì)成倍增長(zhǎng)，直到滿足損傷診斷所需要的頻率數(shù)目為止。本發(fā)明的有益成果為第一，本技術(shù)方案中采用安裝拆卸方便的附加質(zhì)量塊，可與節(jié)點(diǎn)固定緊密，且不會(huì)改變結(jié)構(gòu)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；第二，通過(guò)變換附加質(zhì)量塊的安裝位置，可方便地獲得足夠多的頻率信息以滿足損傷診斷的需要，克服了現(xiàn)有方法頻率信息量不足的缺陷；第三，本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單方便，附加質(zhì)量塊和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能重復(fù)使用;第四，采用本技術(shù)方案，所需設(shè)備簡(jiǎn)單實(shí)施成本低，且不影響鋼屋架的正常工作；第五，采用本發(fā)明能夠方便的獲得足夠多的頻率信息來(lái)滿足損傷診斷的需要，從而準(zhǔn)確度較高。為了進(jìn)一步解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖I是本發(fā)明的附加質(zhì)量塊和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖。其中圖中I是正方形鐵板；2是安裝螺絲；1和2共同組成附加質(zhì)量塊；3是無(wú)線傳感器；4是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀；5是鋼屋架節(jié)點(diǎn)；6是鋼屋架桿件。圖2是一個(gè)待檢測(cè)的平面鋼屋架模型，其中圖中1-12為鋼屋架節(jié)點(diǎn)、(I)- (23)為鋼屋架桿件。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施進(jìn)一步詳細(xì)的描述。如圖I所示，圖I為本發(fā)明中的附加質(zhì)量塊示意圖。所述的附加質(zhì)量塊包括兩塊相同的正方形鐵板I和4顆相同的安裝螺絲2，安裝時(shí)兩塊鐵板對(duì)稱將鋼屋架節(jié)點(diǎn)夾在中間，用4顆安裝螺絲固定。兩塊鐵板和4顆安裝螺絲共同構(gòu)成附加質(zhì)量塊。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括一個(gè)無(wú)線傳感器一臺(tái)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀器，傳感器固定安裝于附加質(zhì)量塊中的一塊正方形鐵板中心位置。從而數(shù)據(jù)采集更加方便、準(zhǔn)確，而成本低廉，且又不影響鋼屋架的正常工作；其無(wú)線傳感器固定安裝于附加質(zhì)量塊中的一塊鐵板上，避免了已有技術(shù)中需要將傳感器安裝于工程結(jié)構(gòu)上的缺陷，容易實(shí)施，且可多次重復(fù)使用于不同的鋼屋架結(jié)構(gòu)中。本實(shí)施例中附加質(zhì)量塊的正方形鐵板I的邊長(zhǎng)為500mm，厚度為20mm，所述的鐵板四角處開(kāi)設(shè)有4個(gè)安裝孔，所述的安裝孔為螺紋孔，均為直徑16mm的圓孔。所述的安裝螺絲2為圓柱形，長(zhǎng)500mm，直徑為16mm。從而操作方便，附加質(zhì)量塊能重復(fù)使用，設(shè)備簡(jiǎn)單實(shí)施成本低，且不影響鋼屋架的正常工作，利于方便、準(zhǔn)確的采集數(shù)據(jù)等。傳感器3采用無(wú)線加速度傳感器，粘貼安裝于正方形鐵板I上。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀4采用無(wú)線動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，能夠輸出振動(dòng)頻率信息。該設(shè)備可從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)。圖2是一個(gè)待檢測(cè)的平面鋼屋架模型，該結(jié)構(gòu)基本參數(shù)為彈性模量5= 2000/ ,密度P = 7.SxlCi3Zg/ff23,每根桿件長(zhǎng)度，桿件橫截面為正方形，橫截
面面積2= 0.04規(guī)2。為了模擬損傷情況，預(yù)先假設(shè)圖2中桿件10剛度損失20%。采用本技術(shù)方案對(duì)圖2所示的平面鋼屋架進(jìn)行損傷診斷的方式如下首先，在圖2鋼屋架的節(jié)點(diǎn)2上安裝可拆卸的附加質(zhì)量塊(1+2);其次，利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(3+4)測(cè)量附加質(zhì)量后鋼屋架振動(dòng)的低階固有頻率；第三，拆除附加質(zhì)量塊，將其安裝于鋼屋架的節(jié)點(diǎn)3處，繼續(xù)利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量附加質(zhì)量后鋼屋架的振動(dòng)頻率;第四，重復(fù)以上過(guò)程，直到獲得足夠多的能夠滿足損傷診斷要求的頻率信息為止。上述獲得的頻率信息，可以作為損傷診斷程序的輸入信息，進(jìn)而得出鋼屋架的損傷診斷結(jié)果。至于損傷診斷程序，可以采用現(xiàn)有他人編織的程序，也可以采用本發(fā)明人獨(dú)創(chuàng)的編制程序，本發(fā)明人在同時(shí)申請(qǐng)的發(fā)明專利中還提供了一種獨(dú)特的損傷診斷程序，將上述測(cè)量所得的頻率信息輸入編制好的損傷診斷程序中，就可以得出鋼屋架損傷位置及程度的診斷結(jié)果。該鋼屋架損傷診斷程序包括以下部分首先，用數(shù)值分析軟件建立鋼屋架結(jié)構(gòu)的有限元模型；然后，根據(jù)有限元模型計(jì)算出鋼屋架損傷前的頻率及相應(yīng)的頻率靈敏度，從而建立鋼屋架的頻率靈敏度方程；最后，將測(cè)量所得的頻率信息輸入頻率靈敏度方程中求解出鋼屋架各單元的損傷參數(shù)，將計(jì)算所得的損傷參數(shù)輸出即可對(duì)鋼屋架的損傷位置及程度做出診斷。從上我們可以看出，要準(zhǔn)確、有效的作出鋼屋架的損傷位置及程度的診斷結(jié)果，采用本技術(shù)方案獲得多個(gè)準(zhǔn)確的頻率信息是關(guān)鍵。本技術(shù)方案中采用安裝拆卸方便的附加質(zhì)量塊，可與節(jié)點(diǎn)固定緊密，且不會(huì)改變結(jié)構(gòu)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；其次，通過(guò)變換附加質(zhì)量塊的安裝位置，可方便地獲得足夠多的頻率信息以滿足損傷診斷的需要，克服了現(xiàn)有方法頻率信息量不足的缺陷；第三，本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單方便，附加質(zhì)量塊和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能重復(fù)使用，設(shè)備簡(jiǎn)單實(shí)施成本低，且不影響鋼屋架的正常工作等優(yōu)點(diǎn)；第四，采用本技術(shù)方案，所需設(shè)備簡(jiǎn)單實(shí)施成本低，且不影響鋼屋架的正常工作；第五，能夠方便的獲得足夠多的頻率信息來(lái)滿足損傷診斷的需要，且損傷診斷結(jié)果準(zhǔn)確可靠。 采用上述方案，通過(guò)在鋼屋架上附加質(zhì)量塊，并由動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量附加質(zhì)量后鋼屋架振動(dòng)的低階固有頻率，再由鋼屋架的有限元模型計(jì)算其頻率靈敏度，最后根據(jù)測(cè)量所得的頻率改變量和頻率靈敏度方程即可算出鋼屋架各單元的損傷參數(shù)，據(jù)此便可對(duì)鋼屋架的損傷位置及程度做出診斷。本案所提的方法，只需要一個(gè)無(wú)線傳感器，且傳感器安裝在附加質(zhì)量塊上，避免了現(xiàn)有方法傳感器要安裝于結(jié)構(gòu)上的缺陷，易于操作實(shí)施，而且能獲得比原鋼屋架結(jié)構(gòu)更多的頻率信息用于損傷診斷中，能夠大幅度提高損傷診斷的準(zhǔn)確度。
以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并非對(duì)本案設(shè)計(jì)的限制，凡依本案的設(shè)計(jì)關(guān)鍵所做的等同變化，均落入本案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種鋼屋架損傷診斷的頻率檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟首先，任意選取鋼屋架中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)并在該節(jié)點(diǎn)上安裝可拆卸的附加質(zhì)量塊；其次，利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量出附加質(zhì)量后鋼屋架振動(dòng)的低階固有頻率；第三，拆除附加質(zhì)量塊，選取鋼屋架其它節(jié)點(diǎn)并將附加質(zhì)量塊安裝于其上，繼續(xù)利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量出新的位置附加質(zhì)量后鋼屋架振動(dòng)的低階固有頻率；第四，重復(fù)以上過(guò)程，直到獲得足夠多的能夠滿足損傷診斷要求的頻率信息為止。
2.如權(quán)利要求I所述的一種鋼屋架損傷診斷的頻率檢測(cè)方法，其特征在于所述附加質(zhì)量塊包括兩塊完全相同的正方形鐵板，鐵板的尺寸根據(jù)鋼屋架節(jié)點(diǎn)的大小而定，兩塊鐵板對(duì)稱將鋼屋架節(jié)點(diǎn)夾在中間并通過(guò)四角處4顆相同的安裝螺絲加以固定，兩塊鐵板和4顆安裝螺絲共同構(gòu)成附加質(zhì)量塊。
3.如權(quán)利要求2所述的一種鋼屋架損傷診斷的頻率檢測(cè)方法，其特征在于所述動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括一個(gè)無(wú)線傳感器和一臺(tái)無(wú)線動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，傳感器固定安裝于附加質(zhì)量塊中的一塊正方形鐵板中心位置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋼屋架損傷診斷的頻率檢測(cè)方法，首先，任意選取鋼屋架中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)并在該節(jié)點(diǎn)上安裝可拆卸的附加質(zhì)量塊；其次，利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量出附加質(zhì)量后鋼屋架振動(dòng)的低階固有頻率；第三，拆除附加質(zhì)量塊，選取鋼屋架其它節(jié)點(diǎn)并將附加質(zhì)量塊安裝其上，測(cè)量出新的位置附加質(zhì)量后鋼屋架振動(dòng)的低階固有頻率；第四，重復(fù)以上過(guò)程。本發(fā)明采用附加質(zhì)量塊的附加質(zhì)量方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，可以方便的獲得足夠多的頻率信息用于鋼屋架結(jié)構(gòu)的損傷診斷，操作實(shí)施簡(jiǎn)單方便，且診斷的準(zhǔn)確度較高。
文檔編號(hào)G01H17/00GK102661784SQ20121012922
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者孫斌祥, 楊麗君, 楊秋偉 申請(qǐng)人:紹興文理學(xué)院