[发明专利]基于附加虚拟质量的框架结构损伤方法

说明书

技术领域

本发明属于质量结构监测技术领域，涉及一种适于应用在框架结构损伤识别的方法，具体的说是基于虚拟变形方法(VDM)在框架各个构件上附加虚拟质量、再联合附加虚拟质量后的频率进行框架结构损伤识别的方法。

背景技术

结构健康监测(SHM)是土木工程中的主要研究方向，其中结构损伤识别是结构健康监测的重要理论组成部分，为结构的监测、预警、安全评定以及全寿命设计提供可靠的理论依据。结构模态是结构最基本的特征信息，最容易获得和识别，它不随着外界激励而改变，所以基于模态特别是频率信息的损伤识别方法被广泛应用于土木结构的损伤识别中。

框架结构受力合理，结构分析和计算方法成熟，施工方便，适应性强，是土木工程领域重要的结构形式之一。框架结构由梁和柱组成，各构件之间的相关性很强，且构件损伤对整体框架结构的模态影响较小，即模态关于构件损伤的灵敏度较低。一般实际工程只能识别出一些低阶模态，只利用少数的低阶模态很难识别出大型框架损伤的位置和大小。目前框架结构的损伤识别方法多将结构简化为剪切框架模型，剪切框架模型的特点是每层框架只有一个自由度，一层的刚度简化为一个剪切刚度，一层质量简化为一个集中质量，这样简化大大降低了识别的未知数目，降低了识别的难度。但是显然剪切模型太简单，有时候不能准确表达框架结构实际情况，特别对由梁和柱组成的普通框架模型，目前针对普通框架结构的损伤识别的方法还比较少。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种操作简单且只利用少数传感器进行框架结构损伤识别的方法。

组成框架结构的构件包括梁和柱。利用一个可移动布置的加速度传感器和一个模态力锤，对框架中的构件逐个进行局部动力测试；然后利用所测量的加速度响应和力锤激励时程，基于虚拟变形方法(Virtual Distortion Method，VDM)分别计算在框架各个构件上附加虚拟质量后的频域响应，并识别对应的频率；最后联合所有附加虚拟质量后的频率识别框架结构的损伤。具体方案如下：

一种基于附加虚拟质量的框架结构损伤方法，该方法对框架中梁和柱的局部动力测试方法相同，不失一般性，以柱为例介绍传感器布置和激励方式，见图1，在构件1的中间位置布置加速度传感器3，用来测量垂直于构件长度方向的加速度，然后在构件中间位置沿传感器测量方向利用模态力锤4进行激励，并测量激励时程。

假设一个框架由n个构件组成，在框架的第i个构件的中间位置布置加速度传感器3，利用模态力锤4激励，测量加速度响应时程为y_i(t)，激励的时程为f_i(t)。表示傅立叶变换，则第i个构件中点的加速度频率响应可由式(1)计算。

Hi(ω)=Yi(ω)Fi(ω)=F(yi(t))F(fi(t))---(1)]]>