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原文传递基于快速振动测试的结构腐蚀二阶段探测方法及其系统

专利名称：	基于快速振动测试的结构腐蚀二阶段探测方法及其系统
摘要：	本发明公开了一种基于快速振动测试的结构腐蚀二阶段探测方法及其系统，根据长标距FBG传感器应变响应和冲击力时程判断出结构的应变柔度，利用腐蚀前后结构的应变柔度差定位腐蚀部位，实现第一阶段的腐蚀定位问题；确定腐蚀部位后，将结构待识别的未知参数由所有单元的刚度缩减为腐蚀单元的刚度，建立基于长标距应变柔度对结构截面刚度的灵敏度矩阵，根据灵敏度方程，求解结构腐蚀单元刚度，根据刚度变化判断腐蚀量；同时配套配置冲击装置的快速检测车、数据采集系统和数据分析系统形成基于快速振动的两阶段策略结构腐蚀探测系统，多用于结构的当前安全状态评估和长期性能评估，测试精度高、抗噪音能力强，可实现结构腐蚀的长期监测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	东南大学
发明人：	张建;程玉瑶;赵晨阳
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-16T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910037785.2
公开号：	CN109781863A
代理机构：	南京众联专利代理有限公司
代理人：	叶倩
分类号：	G01N29/44(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	210096 江苏省南京市玄武区四牌楼2号
主权项：	1.基于快速振动测试的结构腐蚀二阶段探测方法，其特征在于包括以下步骤： S1，基于冲击振动下的冲击力时程及固定于结构表面的长标距FBG传感器响应,识别出结构应变柔度； S2，根据应变柔度差计算损伤指数，从而进行腐蚀定位，其中分别为完好结构的长标距应变柔度和腐蚀结构的长标距应变柔度； S3，建立原始的有限元模型，得到整体刚度矩阵[K]，根据步骤S2得到的腐蚀定位结果，建立长标距柔度矩阵对腐蚀部位截面刚度的灵敏度矩阵[S]； S4，根据步骤S3得到的灵敏度矩阵获得灵敏度分析方程其中Δk是单元刚度的变化量，为应变柔度的变化量，Nu是待识别的参数数量，M是应变柔性的列数； S5，将灵敏度矩阵[S]带入灵敏度分析方程中，求解结构经步骤S2已定位的腐蚀单元的刚度，根据刚度变化判断腐蚀量。 2.根据权利要求1所述的基于快速振动测试的结构腐蚀二阶段探测方法，其特征在于：当待测结构为钢筋混凝土结构时，还包括步骤S6，根据非线性阶段刚度计算公式求解当前待测结构钢筋剩余面积，判断腐蚀量。 3.根据权利要求1或2所述的基于快速振动测试的结构腐蚀二阶段探测方法，其特征在于：所述步骤S1进一步包括： S11，记录冲击振动下的冲击力及长标距应变响应,判断出长标距应变FRFs； S12，通过复模指示函数方法识别基本结构参数，所述结构参数至少包括结构频率ωr、阻尼比ξr、振型缩放系数Qr及结构应变模态振型 S13，利用改进的共轭梁方法从应变模态振型计算得到位移模式振型 S14，利用下式计算得到应变柔度：其中，符号*表示复共轭； 4.根据权利要求3所述的基于快速振动测试的结构腐蚀二阶段探测方法，其特征在于：所述步骤S2中，取柔度矩阵差的对角线元素经过归一化处理后，取下述指数作为损伤指标: 5.根据权利要求3所述的基于快速振动测试的结构腐蚀二阶段探测方法，其特征在于：所述步骤S12中，将奇异值分解应用于长标距应变FRFs，得到：其中，和分别为左奇异向量和右奇异向量，由频率信息和阻尼信息组成的奇异值矩阵；UL为左奇异向量，包含所有元素左节点的模态振型信息；UR为所有元素右节点的模态振型信息；ηm＝hm/Lm,hm为安装在梁底部中轴线的长标距传感器之间的距离；Lm为长标距单元长度。 6.根据权利要求4或5所述的基于快速振动测试的结构腐蚀二阶段探测方法，其特征在于：所述步骤S12中振型缩放系数Qr为：其中，为加强后的第r阶模态的频响函数。 7.根据权利要求3所述的基于快速振动测试的结构腐蚀二阶段探测方法，其特征在于：所述步骤S3中长标距应变柔度对于第i个单元截面刚度ki的灵敏度为: 其中，为长标距应变柔度矩阵第m行第q列元素；为第r阶位移振型；为第r阶长标距应变振型中第m个元素；ωr为第r阶自振频率；将应变柔度扩展为泰勒一阶级数，可得如下: 8.基于快速振动测试的结构腐蚀二阶段探测系统，其特征在于：包括配置冲击装置的快速检测车、数据采集系统和数据分析系统；所述配置冲击装置的快速检测车，用于在车辆快速经过待测结构发生冲击振动时，产生冲击力；所述数据采集系统，用于采集及存储冲击装置冲击桥梁时产生的冲击力时程以及被测结构在冲击荷载下长标距传感器的动态响应信息；所述数据分析系统包含结构应变柔度参数识别模块、腐蚀定位模块及腐蚀定量模块，所述结构应变度参数识别模块用于识别结构频率、阻尼比、振型缩放系数、应变模式振型和位移模式振型参数，并经过计算得出结构应变柔度；所述定位模块根据应变柔度差计算损伤指数，从而进行腐蚀定位；所述腐蚀定量模块用于将灵敏度分析函数带入结构整体刚度矩阵，求解结构单元刚度，从而根据刚度变化判断腐蚀量。
所属类别：	发明专利