结构构件半刚性连接损伤检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种结构构件半刚性连接损伤检测方法，通过布置在构件端部半刚性连接附近的传感器采集到构件自由振动的信号，将这些信号经过一定的分析处理最后得到构件端部的振幅-时间曲线和频率-时间曲线，进而得到构件端部的频率-振幅曲线，比较曲线中相同振幅区间内频率改变值的大小以判断半刚性连接的损伤，频率值改变越大说明损伤越严重，实际检测中可以对安装状态相同的多根构件进行检测，然后得出各构件每一端的频率-振幅曲线，对比这些曲线相同振幅区间内频率的改变值即可判断哪些半刚性连接存在损伤且损伤的程度如何。
【专利说明】结构构件半刚性连接损伤检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种损伤检测方法；具体涉及一种结构构件半刚性连接损伤检测方法。
【背景技术】
[0002]钢结构和钢-混凝土混合结构随着社会经济的发展在建筑结构中占据着越来越重要的地位。钢结构和钢-混凝土混合结构中构件的连接通常采用高强螺栓或焊缝连接，尤以采用高强螺栓端板连接这样的半刚性连接在实际工程中越来越多。在长时间的环境激励作用下(如风荷载和可变荷载，甚或地震作用)，高强螺栓松动导致的连接损伤难以避免。如果连接损伤在早期没有被及时发现，随着损伤的进一步加剧，结构的受力状态将显著改变而产生局部破坏，甚至导致建筑结构的倒塌。因此对钢结构和钢-混凝土结构来说，结构构件连接的损伤识别非常重要。目前，对高强螺栓松动这样的半刚性连接损伤检测的研究还处于初期发展阶段。传统的识别高强螺栓松动的复拧法等技术，不仅技术含量低、操作难度大、耗费时间长,而且成本高。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的目的是提供一种结构构件半刚性连接损伤检测方法，能有效可靠的识别结构构件半刚性连接的损伤。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0005]一种结构构件半刚性连接损伤检测方法，包括以下步骤:
[0006]第一步:在构件端部设置用于采集构件自由振动信号的加速度传感器；
[0007]第二步:利用所述加速度传感器采集构件振动信号；
[0008]第三步:对上述振动信号进行去噪处理；
[0009]第四步:对去噪后的振动信号进行盲源分离得到一阶振动分量；
[0010]第五步:对上述一阶振动分量进行两次积分运算得到位移-时间曲线；
[0011]第六步:利用时频分析方法对上述位移-时间曲线进行时频变换得到频率-振幅曲线；
[0012]第七步:利用频率-振幅曲线判断构件端部半刚性连接的损伤情况。
[0013]进一步，所述第一步中构件端部垂直于构件轴线并行布置两个加速度传感器。
[0014]进一步，所述第一步中加速度传感器布置在构件端部靠近半刚性连接处。
[0015]进一步，所述第二步采集构件振动信号中通过力锤在构件的跨中位置进行敲击而获取构件振动信号。
[0016]进一步，所述第三步采用小波软阈值方式去噪。
[0017]进一步，所述第六步中时频分析之前先对第五步得到的位移信号进行镜像处理。
[0018]进一步,所述第六步中的时频分析采用希尔伯特变换。
[0019]进一步，重复步骤2到6若干次得到多条频率-振幅曲线，取多条频率-振幅曲线中间的I条曲线作为最终曲线。
[0020]进一步，所述第七步中先对第六步得到的频率-振幅曲线进行归一化处理后再对构件端部半刚性连接是否存在损伤进行判断。
[0021]本发明的有益效果是:本发明通过布置在构件端部半刚性连接附近的传感器采集到构件自由振动的信号，将这些信号经过一定的分析处理最后得到构件端部的振幅-时间曲线和频率-时间曲线,进而得到构件端部的频率-振幅曲线，利用该频率-振幅曲线即可判断出半刚性连接的损伤位置和损伤程度，判断有效可靠。
[0022]本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中:
[0024]图1为本发明的流程示意图；
[0025]图2为传感器的布置示意图；
[0026]图3为工况一子工况14的X梁B端加速度信号图；
[0027]图4为图3去噪后的加速度信号图；
[0028]图5为图4加速度信号的一阶分离信号图；
[0029]图6为图5的加速度一阶分离信号2次积分后得到的位移信号图；
[0030]图7为图6的镜像处理图；
[0031 ]图8为图7进行时频变换后得到的振幅-时间图；
[0032]图9为图7进行时频变换后得到的频率-时间图；
[0033]图10为结合图8和图9得到的工况一子工况14的X梁B端的频率-振幅曲线；
[0034]图11为工况一子工况14的X梁B端3次动测归一化处理后得到的频率-振幅曲线.[0035]图12为工况一各子工况X梁B端的最终频率-振幅曲线；
[0036]图13为工况二各子工况X梁B端的最终频率-振幅曲线；
[0037]图14为工况三各子工况X梁B端的最终频率-振幅曲线。
【具体实施方式】
[0038]以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0039]如图所示，一种结构构件半刚性连接损伤检测方法，包括以下步骤:
[0040]第一步:在构件端部设置用于采集构件自由振动信号的加速度传感器；
[0041]第二步:利用所述加速度传感器采集构件振动信号；
[0042]第三步:对上述振动信号进行去噪处理；
[0043]第四步:对去噪后的振动信号进行盲源分离得到一阶振动分量；[0044]第五步:对上述一阶振动分量进行两次积分运算得到位移-时间曲线；
[0045]第六步:利用时频分析方法对上述位移-时间曲线进行时频变换得到频率-振幅曲线；
[0046]第七步:利用频率-振幅曲线判断构件端部半刚性连接的损伤情况。
[0047]本发明通过布置在构件端部半刚性连接附近的传感器采集到构件自由振动的信号，将这些信号经过一定的分析处理最后得到构件端部的振幅-时间曲线和频率-时间曲线，进而得到构件端部的频率-振幅曲线，比较曲线中相同振幅区间内频率改变值的大小以判断半刚性连接的损伤，频率值改变越大说明损伤越严重。实际检测中可以对安装状态相同的多根构件进行检测，然后得出各构件每一端的频率-振幅曲线，对比这些曲线相同振幅区间内频率的改变值是否超过损伤阈值即可判断哪些半刚性连接存在损伤且损伤的程度如何，损伤阈值可以根据具体的工况具体确定。
[0048]下面将通过多个实施例以最为典型的摩擦型高强螺栓连接为代表的端板半刚性连接进行检测来证明本方法的有效性:
[0049]实施例的工件:工件为X钢梁，其材质为Q235的16#工字钢，净跨为5000mm，梁两端分别连着一块大小为280mm*380mm,厚度为20mm的端板,在端板上均匀布置三行两列的摩擦型高强螺栓， 其强度等级为10.9，规格为M20，长度为80mm，端板上螺栓孔的标定直径为 22mm。
[0050]损伤的鉴定依据:根据钢结构高强螺栓连接的设计、施工及验收规程的规定，摩擦型高强螺栓的施工终拧扭矩根据式TC=K*PC*d确定，其中TC为施工的终拧扭矩，单位为N*m，K值为高强螺栓连接副的扭矩系数平均值，一般取值为0.12，PC为高强螺栓施工预拉力，单位为kN，对于强度等级为10.9级的M20摩擦性高强度螺栓取值为170kN，d为高强度螺栓的螺杆直径，对于M20的直径取20mm。将上述数据带入公式得到终拧扭矩TC为408N*m，为了计算处理方便取终拧扭矩为400N*m，满足规范规程要求。因此当高强螺栓的扭矩达到400N*m时认为钢梁端板半刚性连接为完好的，即处于无损伤的状态。
[0051]实施例工况:
[0052]工况一:设定X钢梁A端无损伤，即A端的终拧扭矩为400N*m，B端的终拧扭矩从0到400N*m，即从完全损伤到无损的各种状态，具体见下表:
[0053]
【权利要求】
1.一种结构构件半刚性连接损伤检测方法，其特征在于:包括以下步骤: 第一步:在构件端部设置用于采集构件自由振动信号的加速度传感器； 第二步:利用所述加速度传感器采集构件振动信号； 第三步:对上述振动信号进行去噪处理； 第四步:对去噪后的振动信号进行盲源分离得到一阶振动分量； 第五步:对上述一阶振动分量进行两次积分运算得到位移-时间曲线； 第六步:利用时频分析方法对上述位移-时间曲线进行时频变换得到频率-振幅曲线.第七步:利用频率-振幅曲线判断构件端部半刚性连接的损伤情况。
2.根据权利要求1所述的结构构件半刚性连接损伤检测方法，其特征在于:所述第一步中构件端部靠近半刚性连接垂直于构件轴线并行布置两个加速度传感器。
3.根据权利要求1所述的结构构件半刚性连接损伤检测方法，其特征在于:所述第二步采集构件振动信号中通过力锤在构件的跨中位置进行敲击而获取构件振动信号。
4.根据权利要求1所述的结构构件半刚性连接损伤检测方法，其特征在于:所述第三步采用小波软阈值方式去噪。
5.根据权利要求1所述的结构构件半刚性连接损伤检测方法，其特征在于:所述第六步中时频分析之前先对第五步得到的位移信号进行镜像处理。
6.根据权利要求1所述的结构构件半刚性连接损伤检测方法，其特征在于:所述第六步中的时频分析采用希尔伯特变换。
7.根据权利要求1所述的结构构件半刚性连接损伤检测方法，其特征在于:重复步骤2到6若干次得到多条频率-振幅曲线，取多条频率-振幅曲线中间的I条曲线作为最终曲线。
8.根据权利要求1所述的结构构件半刚性连接损伤检测方法，其特征在于:所述第七步中先对第六步得到的频率-振幅曲线进行归一化处理后再对构件端部半刚性连接是否存在损伤进行判断。
【文档编号】G01N29/12GK103760238SQ201410039851
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月27日 优先权日:2014年1月27日
【发明者】曹晖, 曹永红, 华建民, 张晓冰 申请人:重庆大学