一种基于简化悬臂梁的建筑物损伤评估方法

文档序号:8512657阅读:330来源:国知局
一种基于简化悬臂梁的建筑物损伤评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种建筑物中框架结构质量评估方法,具体涉及一种基于简化悬臂梁 的建筑物损伤评估方法。
【背景技术】
[0002] 随着房屋建筑、公路交通、桥梁等工程安全事故的频繁发生,工程质量的好坏引起 了人们的日益重视。工程结构中经常存在着表面的某种破损或缺陷,如梁板的裂缝、墙皮开 裂、火灾后混凝土的过火等,这些肉眼可见的破损容易引起人们的重视,而旧有建筑物由于 环境侵蚀缺陷、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等各种因素存在下,使结 构在经历了一段较长时间或受到某种自然灾害后,往往受到不同程度的损伤,或由于结构 的病害引起性能变化,导致突发事故或建筑物倒塌现象的发生,这类危险是肉眼看不见的 内在缺陷、损伤所造成的。结构的缺陷和损伤严重的降低了结构的安全性、适用性、耐久性, 如果不能及时的诊断出来并得到相应的维修,不仅会影响结构的正常使用,缩短结构的使 用寿命,在某些极端情况下甚至会发生灾难性事故,产生极坏的社会影响。
[0003] 传统的损伤检测方法主要是一些局部的土木工程缺陷检测技术,如人工目测及外 观检测,无破损或半破损试验,如回弹法、超声波方法、磁场方法、雷达成像、涡流及温度场 等方法,以及现场荷载试验等。此类检测评定具有显著的局限性:首先是检测的工作量大、 费用高,其次是结构的一些部位人或测试仪器无法到达则无法检测;传统的检测方法只能 检测结构表面或附近的损伤,一般来说难以获得结构的全面信息,而且检查结果的准确程 度往往依赖于检查人员的工程经验和主观判断,难以对结构的安全储备及退化程度做出系 统的评定。可见传统的损伤检测方法越来越难以胜任日趋繁重的检测任务。针对传统的损 伤检测方法缺陷,发展快速、便捷、经济的,并能够应用于复杂结构的定性、定量的整体状况 损伤检测方法己经成为迫切的要求,从而在合理评价其健康状态的基础上做出科学的维护 决策。
[0004] 目前现有技术存在的问题是,无法精确检测,评估的数据较为粗糙,不能准确定性 结构的损伤情况,更不能进行准确的定量检测。

【发明内容】

[0005] 针对现有技术存在的上述不足,本发明的目的在于提供一种能够准确定性和初步 定量检测建筑损伤情况的方法,具有操作简单,且操作性强等优点。
[0006] 实现上述目的,本发明采用如下技术手段:一种基于简化悬臂梁的建筑物损伤评 估方法,其特征在于该方法操作简便且实用,具体包括如下步骤:
[0007] (1)在框架结构楼层所在位置沿竖向均匀布置传感器5个或以上,传感器竖向连 线应垂直于建筑物楼面;
[0008] (2)实测出现工况时的传感器信号;将传感器收集的实测数据输入计算机系统进 行处理。
[0009] (3)利用计算机系统对实测数据进行频响函数分析,得出结构的某一阶频率和对 应模态等动力参数。
[0010] (4)利用计算机系统对实测结构模型简化为悬臂梁模型。
[0011] (5)以步骤(3)中分析的动力参数数据为基础,导入步骤⑷的悬臂梁模型中,利 用改进的直接刚度法评估数据,得出结构各单元的弯曲刚度。
[0012] (6)利用步骤(5)中分析得出的结构单元弯曲刚度,对结构损伤进行评定,得出检 测鉴定结论。
[0013] 进一步,在步骤(1)中,所述的框架结构楼层使用12层钢筋混凝土标准框架,12层 钢筋混凝土标准框架的模型比为1/10,梁、柱、板的尺寸由实际高层框架结构的尺寸按相似 关系折算。标准框架竖向每隔两层安放至少5个传感器。
[0014] 进一步,12层钢筋混凝土标准框架的材料使用微粒混凝土和镀锌铁丝为材质。
[0015] 进一步,微粒混凝土以较大粒径的砂砾为粗骨料,以较小粒径的砂砾为细骨料。
[0016] 进一步,步骤(4)的具体转化方式如下:
[0017] 1)根据D值法确定各层柱的侧移刚度,考虑柱端的约束条件的影响,修正后的柱 侧移刚度D用下式计算:
【主权项】
1. 一种基于简化悬臂梁的建筑物损伤评估方法,其特征在于该方法操作简便且实用, 具体包括如下步骤: (1) 在框架结构楼层所在位置沿竖向均匀布置传感器5个或以上,传感器竖向连线应 垂直于建筑物楼面; (2) 实测出现工况时的传感器信号;将传感器收集的实测数据输入计算机系统进行处 理; (3) 利用计算机系统对实测数据进行频响函数分析,得出结构的某一阶频率和对应模 态等动力参数; (4) 利用计算机系统对实测结构模型简化为悬臂梁模型; (5) 以步骤(3)中分析的动力参数数据为基础,导入步骤(4)的悬臂梁模型中,利用改 进的直接刚度法评估数据,得出结构各单元的弯曲刚度; (6) 利用步骤(5)中分析得出的结构单元弯曲刚度,对结构损伤进行评定,得出检测鉴 定结论。
2. 根据权利要求1所述的一种基于简化悬臂梁的建筑物损伤评估方法,其特征在于, 在步骤(1)中,所述的框架结构楼层使用12层钢筋混凝土标准框架,12层钢筋混凝土标准 框架的模型比为1/10,梁、柱、板的尺寸由实际高层框架结构的尺寸按相似关系折算。标准 框架竖向每隔两层安放至少5个传感器。
3. 根据权利要求2所述的一种基于简化悬臂梁的建筑物损伤评估方法,其特征在于, 所述的12层钢筋混凝土标准框架的材料使用微粒混凝土和镀锌铁丝为材质。
4. 根据权利要求3所述的一种基于简化悬臂梁的建筑物损伤评估方法,其特征在于, 所述的微粒混凝土以较大粒径的砂砾为粗骨料,以较小粒径的砂砾为细骨料。
5. 根据权利要求1所述的一种基于简化悬臂梁的建筑物损伤评估方法,其特征在于, 所述的步骤(4)的具体转化方式如下: 1) 根据D值法确定各层柱的侧移刚度,考虑柱端的约束条件的影响,修正后的柱侧移 刚度D用下式计算: D=a 脊 (1) 式中,α为与梁、柱线刚度有关的修正系数,具体可查《混凝土结构基本原理中册(第 5版)东南大学、天津大学、同济大学合编》第211页;i。为柱线刚度;h为层高; 2) 求出了 D值以后,就可以求出每楼层的总刚度,悬臂梁模型单元按层高划分,所以各 单位的刚度即为各楼层总刚度,进而形成简化的悬臂梁模型。
6. 根据权利要求3所述的一种基于简化悬臂梁的建筑物损伤评估方法,其特征在于, 所述的步骤(6)的具体损伤评定方式如下: 1) 利用D值法,将该12层框架在工具箱中简化为悬臂梁基准模型,层间集中质量平均 分布在竖向各单元上,每层单元的刚度取值参考前述的材料基本特性及几何模型。原模型 及简化后模型如图4所示。 2) 基于该试验的实测数据,对该试验中传感器Al~A7(振动方向)的各地震波下记录 的输入输出信息进行频响函数分析,得出每个地震波工况下的结构一阶频率及其对应的沿 竖向模态,未布置传感器的楼层取上下楼层模态数据的平均值。 3) 将各对应地震波工况下实测数据计算的频率和模态,导入计算机系统利用改进的直 接刚度法计算出各工况下的结构每层对应节点(如图4)的弯曲刚度,即各楼层刚度。 4) 根据试验现象,以结构第一次开裂前的8次工况下为无损状态,通过结构前8次工 况下计算出的结构基频及楼层刚度对比分析,以前8次工况下的均值作为基准的无损刚度 值,进一步计算出对应的SVI指标。
7.根据权利要求3所述的一种基于简化悬臂梁的建筑物损伤评估方法,其特征在于, 所述的步骤(6)的损伤比对判别指标,其计算公式如下: ' ,K'
- 1 、 jJ 其中为实测的模态,{#}为预测的模态,MDLAC指标值应取O~1之间,等于1表 明预测模态和实测模态完全一致。
【专利摘要】本发明公开了一种基于简化悬臂梁的建筑物损伤评估方法,具体包括如下步骤:(1)在框架结构楼层所在位置沿竖向均匀布置传感器5个或以上,传感器竖向连线应垂直于建筑物楼面;(2)实测出现工况时的传感器信号;将传感器收集的实测数据输入计算机系统进行处理;(3)利用计算机系统对实测数据进行频响函数分析,得出结构的某一阶频率和对应模态等动力参数;(4)利用计算机系统对实测结构模型简化为悬臂梁模型;(5)以动力参数数据为基础,导入悬臂梁模型中,得出结构各单元的弯曲刚度;(6)利用步骤(5)分析得出的结构单元弯曲刚度,对结构损伤进行评定,得出检测鉴定结论。本发明具有操作简单,且操作性强等优点。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104834805
【申请号】CN201510089772
【发明人】阳洋, 许绍乾, 王飞, 张梦忠, 李卫东, 贾宝玉龙
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年2月27日
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