本发明属于结构损伤检测,特别是涉及一种地铁衬砌损伤量化识别的方法。
背景技术:
1、地铁管片结构受地下水和振动等因素的影响,容易出现开裂和错台等问题,给地铁正常运营带来了风险。从地铁管片振动特性的变化中识别管片损伤具有重要的实用价值。
2、对于结构损伤识别方法研究,目前在机械和桥梁工程中应用较多,不论是经典的模态分析还是最新的信号分析理论,大多都以结构模态参数作为对损伤敏感的特征,对结构进行快速而有效的损伤识别才是关键。由于信号分析需要大量的实测损伤特征数据,计算也要相当的时间和成本,目前在应用上存在局限性。而模态分析发展较为成熟,不仅在结构性能评价、故障诊断和状态监测方面应用研究活跃,还在各个工程领域得到应用。
3、因此,亟需结合模态分析方法,提出一种地铁衬砌损伤量化识别的方法。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种地铁衬砌损伤量化识别的方法,以解决上述现有技术存在的问题。
2、为实现上述目的,本发明提供了一种地铁衬砌损伤量化识别的方法,包括以下步骤:
3、布设地铁衬砌的实验结构,并通过振动系统进行载荷激振,获取测点的激励幅值;
4、基于所述激励幅值,进行参数识别以及快速傅氏变换转换,获得测点的频响函数;
5、对所述频响函数进行参数识别,获得测点的频响函数有理分式、模态频率、模态阵型以及曲率模态,进而对地铁衬砌进行损伤识别。
6、可选地,所述实验结构的布设过程包括:选取模型箱,在所述模型箱的内壁和底面均贴上0.08m厚的聚苯乙烯泡沫塑料板,并在所述模型箱的前面和后面钻取平行的圆孔,用于安放激振器及固定钢支架;其中,所述圆孔的内径与地铁衬砌管片内径相同。
7、可选地,进行载荷激振的过程包括:将激振器及固定钢支架与模型箱进行组装,并将激振器的撞杆朝下推至预设激振位置,再调节固定钢支架的高度使撞杆和地铁衬砌管片仰拱接触;然后通过振动系统发布振动信号,经过信号方法处理后传输到激振器进行载荷激振。
8、可选地,获取测点的激励幅值的过程包括:预设若干个测点位置并粘贴磁片,在传感器底部位置安装磁座;然后在载荷激振下,通过变换传感器位置获取每个测点的激励幅值。
9、可选地,获得测点的频响函数的过程包括:在简谐激励下,基于质量、粘性阻尼系数和刚度,构建振动系统的物理参数模型;基于激励幅值和激励频率,获得振动系统的激振力;基于稳态位移响应幅值和稳态响应频率,获得振动系统的稳态位移响应;将所述激振力和稳态位移响应代入到物理参数模型中,获得激励幅值表达式;基于稳态位移响应和激励幅值表达式的比值,获得振动系统的位移频响函数;进而获得在任何激励作用下,测点的频响函数为振动系统的稳态响应与激励的傅氏变换的比值。
10、可选地,获得测点的频响函数有理分式的过程包括:基于质量、粘性阻尼系数和刚度矩阵,构建多自由度系统振动微分方程,对所述多自由度系统振动微分方程作初始条件为零的拉式变换,然后进行特征多项式展开,获得频响函数有理分式:
11、
12、其中,hef(jω)为h(s)的第e行、第f列元素,s=jω,为拉氏变换域,j为虚数单位,ω为激励频率,α、β为待识别参数。
13、可选地,求解模态频率的过程包括:引入加权误差函数,采用最小二乘法求解频响函数有理分式的待识别参数;然后令所述频响函数有理分式的分母为零,继续对频响函数有理分式进行求解,获得频响函数的极点,基于所述频响函数的极点,获得模态频率。
14、可选地,所述模态阵型的公式如下式所示:
15、{φr}=[rr1m rr2m … rrnm]t/rrnm
16、
17、其中,rrmn为m点处激励n点响应的传递函数hmn(s)的第r阶留数,s为拉氏变换域,sr为第r阶拉什变换域,{φr}为第r阶模态的归一化模态振型向量。
18、可选地,所述曲率模态的公式如下式所示:
19、
20、其中,为曲率模态,i为结构的第i阶模态,j为结构的节点,l为测点间距。
21、本发明的技术效果为:
22、本发明针对管片结构的损伤识别与量化问题,引入模态分析的方法,获得频响函数、模态频率、模态阵型以及曲率模态的模态参数,各模态参数具有物理意义、识别速度更快、识别效果更好。
1.一种地铁衬砌损伤量化识别的方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的地铁衬砌损伤量化识别的方法,其特征在于,
3.根据权利要求2所述的地铁衬砌损伤量化识别的方法,其特征在于,
4.根据权利要求3所述的地铁衬砌损伤量化识别的方法,其特征在于,
5.根据权利要求1所述的地铁衬砌损伤量化识别的方法,其特征在于,
6.根据权利要求1所述的地铁衬砌损伤量化识别的方法,其特征在于,
7.根据权利要求6所述的地铁衬砌损伤量化识别的方法,其特征在于,
8.根据权利要求1所述的地铁衬砌损伤量化识别的方法,其特征在于,
9.根据权利要求1所述的地铁衬砌损伤量化识别的方法,其特征在于,