多层结构的分析方法、装置以及存储介质

1.本技术涉及建筑工程技术领域，特别是涉及一种多层结构的分析方法、装置以及存储介质。


背景技术：

2.在建筑工程技术领域中，需要对多层结构(例如多层建筑物或者是多层的基础隔震结构等)进行力学分析，以便对其进行监测或者控制。例如，通过基于有限元模型(fem)的有限元动力学模型对多层结构进行力学响应分析已经得到了越来越广泛的应用。其中，对于包含n个自由度(dof)的多层结构(该多层结构的每个结构层对应于一个自由度，因此为n层结构)，有限元动力学模型如下面公式所述：
[0003][0004]
其中，x＝[x
1 x2ꢀ…ꢀ
xn]
t
为与该多层结构对应的n维位移列向量，并且x1～xn为分别与该多层结构的各个结构层对应的位移；为与该多层结构对应的n维速度列向量，并且为分别与该多层结构的各个结构层对应的速度；为与该多层结构对应的n维加速度列向量，并且为分别与该多层结构的各个结构层对应的加速度。并且其中，是通过该多层结构对应的有限元模型(fem)确定的对角质量矩阵；w(t)是n维外部动力学载荷向量；并且是待确定的与该多层结构对应的n
×
n结构刚度矩阵，是待确定的与该多层结构对应的n
×
n结构阻尼矩阵。从而，可以通过以上所述的有限元动力学模型对相应的多层结构进行力学分析。
[0005]
在以上所述的有限元动力学模型中，结构刚度矩阵和结构阻尼矩阵是该有限元动力学模型中待确定的参数。并且结构刚度矩阵和结构阻尼矩阵的参数是否准确，直接关系到有限元动力学模型的准确性。其中对于结构阻尼矩阵例如可以通过求解瑞雷阻尼(rayleigh damping)的方式确定。而结构刚度矩阵则通常是通过多层结构的力学公式来确定。
[0006]
然而根据多层结构的力学公式所确定的结构刚度矩阵与实际的力学模型之间仍然存在较大偏差，因此导致所确定的结构刚度矩阵不准确，从而进一步导致多层结构的有限元动力学模型不能真实地反映该多层结构的力学状况，不能准确地对该多层结构进行力学分析。
[0007]
此外对于多层建筑物，也需要对其进行损伤识别，例如识别多层建筑物中发生损伤的时间、发生损伤的楼层以及损伤的程度。目前的力学分析方法多是通过在多层建筑物
中设置力学传感器，通过对多层建筑物各个位置的力学分析来监测多层建筑物中的损伤情况。但是这种基于力学分析的损伤监测方法，其计算模型都很复杂，而且如果计算模型与建筑物的实际情况发生偏差，则很容易对所述多层建筑物的损伤情况做出错误的判断。
[0008]
针对现有的力学分析方法不能准确地对多层结构进行准确分析的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

[0009]
本公开的实施例提供了一种多层结构的分析方法、装置以及存储介质，以至少解决现有的力学分析方法不能准确地对多层结构进行准确分析的技术问题。
[0010]
根据本公开实施例的一个方面，提供了一种结构刚度的确定方法，包括：获取分别与多层结构的不同结构层对应的加速度测量信号；利用同步挤压小波变换确定与加速度测量信号对应的加速度模态分量；以及根据所确定的加速度模态分量，对多层结构进行分析。
[0011]
根据本公开实施例的另一个方面，还提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时由处理器执行以上任意一项所述的方法。
[0012]
根据本公开实施例的另一个方面，提供了一种多层结构的分析装置，包括：信号获取模块，用于获取分别与多层结构的不同结构层对应的加速度测量信号；加速度模态分量确定模块，用于利用同步挤压小波变换确定与加速度测量信号对应的加速度模态分量；以及分析模块，用于根据所确定的加速度模态分量，对多层结构进行分析。
[0013]
根据本公开的另一个方面，提供了一种多层结构的分析装置，包括：处理器；以及存储器，与所述处理器连接，用于为所述处理器提供处理以下处理步骤的指令：信号获取模块，用于获取分别与多层结构的不同结构层对应的加速度测量信号；加速度模态分量确定模块，用于利用同步挤压小波变换确定与加速度测量信号对应的加速度模态分量；以及分析模块，用于根据所确定的加速度模态分量，对多层结构进行分析。
[0014]
从而，本公开实施例技术方案根据设置于多层结构的不同结构层的加速度传感器所测量的加速度测量信号，利用同步挤压小波变换确定与加速度测量信号对应的主要模态分量，并根据主要模态分量对多层结构进行分析。从而能够通过简单的计算模型即可准确地对多层结构进行分析。从而解决了现有的力学分析方法不能准确地对多层结构进行准确分析的技术问题
附图说明
[0015]
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本技术的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
[0016]
图1是用于实现根据本公开实施例1所述的方法的计算设备的硬件结构框图；
[0017]
图2是根据本公开实施例1所述的确定多层结构的结构刚度和结构损伤的系统的示意图；
[0018]
图3是根据本公开实施例1的第一个方面所述的多层结构的分析方法的流程示意图；
[0019]
图4a～图4d分别示出了多层结构的第一结构层至第n结构层的加速度传感器所测量的含有噪声信号的加速度测量信号
[0020]
图5a～图5d分别示出了多层结构的各个结构层对应的第一阶重构模态分量的ln振幅(即lna
1i
(t))的示图；
[0021]
图6是根据本公开实施例1所述的结构刚度识别和结构损伤识别的具体方法流程的示意图；
[0022]
图7a是根据本公开实施例1所述的能够控制限位作动器的基础隔震系统的示意图；
[0023]
图7b是根据本公开实施例1所述的对基础隔震结构的限位作动器进行控制的系统流程图；
[0024]
图8a～图8c示出了模糊控制器的输入和输出变量隶属函数曲线的示意图；
[0025]
图9是本公开实施例1所述的滑模控制器计算控制力时程图；
[0026]
图10a和图10b示出了不同工况下基础隔震层地震反应时程图；
[0027]
图11a和图11b是由同步挤压小波变换得到的加速度测量信号的主要模态分量的时序频率信息的示意图；
[0028]
图12是不同状态反馈条件下多层结构的第1层刚度值降低12％的损伤识别情况；
[0029]
图13是不同状态反馈条件下多层结构的第1层刚度值降低22％的损伤识别情况；
[0030]
图14是根据本公开实施例2所述的多层结构的分析装置的示意图；
[0031]
图15是根据本公开实施例3所述的多层结构的分析装置的示意图。
具体实施方式
[0032]
为了使本技术领域的人员更好地理解本公开的技术方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本公开保护的范围。
[0033]
需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0034]
实施例1
[0035]
根据本实施例，提供了一种多层结构的分析方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0036]
本实施例所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端、服务器或者类似的计算设备中执行。图1示出了一种用于实现多层结构的分析方法的计算设备的硬件结构框图。如图1所示，计算设备可以包括一个或多个处理器(处理器可以包括但不限于微处理器
mcu或可编程逻辑器件fpga等的处理装置)、用于存储数据的存储器、以及用于通信功能的传输装置。除此以外，还可以包括：显示器、输入/输出接口(i/o接口)、通用串行总线(usb)端口(可以作为i/o接口的端口中的一个端口被包括)、网络接口、电源和/或相机。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，计算设备还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
[0037]
应当注意到的是上述一个或多个处理器和/或其他数据处理电路在本文中通常可以被称为“数据处理电路”。该数据处理电路可以全部或部分的体现为软件、硬件、固件或其他任意组合。此外，数据处理电路可为单个独立的处理模块，或全部或部分的结合到计算设备中的其他元件中的任意一个内。如本公开实施例中所涉及到的，该数据处理电路作为一种处理器控制(例如与接口连接的可变电阻终端路径的选择)。
[0038]
存储器可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本公开实施例中的多层结构的分析方法对应的程序指令/数据存储装置，处理器通过运行存储在存储器内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的应用程序的多层结构的分析方法。存储器可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0039]
传输装置用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算设备的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置包括一个网络适配器(network interface controller，nic)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置可以为射频(radio frequency，rf)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
[0040]
显示器可以例如触摸屏式的液晶显示器(lcd)，该液晶显示器可使得用户能够与计算设备的用户界面进行交互。
[0041]
此处需要说明的是，在一些可选实施例中，上述图1所示的计算设备可以包括硬件元件(包括电路)、软件元件(包括存储在计算机可读介质上的计算机代码)、或硬件元件和软件元件两者的结合。应当指出的是，图1仅为特定具体实例的一个实例，并且旨在示出可存在于上述计算设备中的部件的类型。
[0042]
图2是根据本实施例所述的对多层结构进行分析的一个系统的示意图，用于确定多层结构的结构刚度和结构损伤。参照图2所示，该系统包括：设置于多层结构200的不同结构层的加速度传感器301～30n以及与各个加速度传感器301～30n连接的计算设备100。其中在图2所示的系统中，该多层结构200例如可以是n层建筑结构(即包含n个自由度的建筑结构)。其中加速度传感器301～30n分别设置于多层结构200的不同结构层，用于测量不同结构层的加速度信号。例如，加速度传感器301设置于多层结构200的第一层，加速度传感器302设置于多层结构200的第二层，加速度传感器303设置于多层结构200的第三层，加速度传感器304设置于多层结构200的第n层(即顶层，在本实施例中n＝4)。计算设备100与各个加速度传感器301～30n连接，从而对从加速度传感器301～30n接收的加速度测量信号进行处理。需要说明的是，系统中的计算设备100适用上面所述的硬件结构。并且在本实施例中，
所述多层结构200为4层结构，即n＝4。
[0043]
在上述运行环境下，根据本实施例的第一个方面，提供了一种确定结构的结构刚度的方法，该方法由图2中所示的计算设备100实现。图3示出了该方法的流程示意图，参考图3所示，该方法包括：
[0044]
s302：获取分别与多层结构的不同结构层对应的加速度测量信号；
[0045]
s304：利用同步挤压小波变换确定与加速度测量信号的多阶模态对应的模态分量；以及s306：根据所确定的加速度模态分量，对多层结构进行分析。
[0046]
具体地，为了确定多层结构200的结构刚度，本实施例通过加速度传感器301～30n测量多层结构200的各个结构层的加速度测量信号，从而计算设备100从各个加速度传感器301～30n获取分别与多层结构200的各个不同结构层对应的加速度测量信号(s302)。
[0047]
其中，计算设备100所获得的加速度测量信号如下面公式(1)所示：
[0048][0049]
其中，为与该多层结构对应的n维加速度测量信号列向量，并且分别为加速度传感器301～30n所测量的加速度测量信号；为与该多层结构对应的n维加速度列向量，并且为分别与该多层结构的各个结构层对应的加速度；f＝[f
1 f
2 ...... fn]为与该多层结构对应的n维噪声向量，并且f1～fn分别为加速度传感器301～30n的加速度测量信号中所包含的噪声信号。
[0050]
其中，图4a～图4d分别示出了第一结构层至第n结构层的加速度传感器301～30n所测量的含有噪声信号的加速度测量信号。其中图4a示出了设置于第一结构层的加速度传感器301的加速度测量信号，图4b示出了第二结构层的加速度传感器302的加速度测量信号，图4c示出了第三结构层的加速度传感器303的加速度测量信号，图4d示出了第n结构层(即第四结构层)的加速度传感器30n的加速度测量信号。其中加速度传感器301～30n所测量的加速度测量信号例如是该多层结构200的各个结构层在遭受到外力载荷(例如风、震动)的情况下的加速度。因此该加速度测量信号反映了该多层结构200在外力作用下各个结构层的加速度响应。
[0051]
然后，计算设备100对所获取的加速度测量信号进行离散同步挤压小波变换，并确定与加速度测量信号对应的模态分量(s304)。
[0052]
具体地，计算设备100可以对各个加速度传感器301～30n所测量的加速度测量信号分别进行离散同步挤压小波变换，并且根据离散同步挤压小波变换去除加速度测量信号中的噪声f，从而确定与加速度测量信号对应的主要模态分量(即权利要求中所述的加速度模态分量)。并且计算设备100可以利用所确定的主要模态分量根据下面所示的公式(2)重构加速度测量信号
[0053][0054]
其中，i＝1～n，分别对应于多层结构的不同结构层；j＝1～n，分别对应于第i层结
构层(即第i个自由度)的加速度的前n个模态分量(即主要模态分量)；表示第i层结构层的加速度的第j个主要模态分量(按照从前向后排序)。
[0055]
然后，计算设备100根据与加速度测量信号对应的主要模态分量，对多层结构200进行分析(s306)。
[0056]
具体地，例如计算设备100可以根据主要模态分量分析多层结构200的结构刚度矩阵以及对多层结构200中的结构损伤进行识别(确定多层结构200的结构刚度矩阵以及对结构损伤进行识别的方法在后文中详细描述)。
[0057]
正如背景技术中所述的，目前的力学分析方法无论是在确定多层建筑物的结构刚度矩阵或者识别多层建筑物中的损伤方面由于计算模型与建筑物的实际情况之间的偏差，都很容易出现分析上的偏差。
[0058]
有鉴于此，本公开实施例技术方案根据设置于多层结构的不同结构层的加速度传感器所测量的加速度测量信号，利用同步挤压小波变换确定与加速度测量信号对应的主要模态分量，并根据主要模态分量对多层结构进行分析。从而能够通过简单的计算模型即可准确地对多层结构进行分析。从而解决了现有的力学分析方法不能准确地对多层结构进行分析的技术问题。
[0059]
可选地，根据所确定的加速度模态分量，对多层结构进行分析的操作，包括：根据所确定的加速度模态分量确定与多层结构的多阶模态分别对应的模态频率以及与模态频率对应的振型向量；以及根据模态频率以及振型向量，确定多层结构的结构刚度矩阵。
[0060]
具体地，当计算设备对多层结构进行分析时，例如可以根据与加速度测量信号对应的主要模态分量确定与多层结构对应的模态频率以及与模态频率对应的振型向量。
[0061]
具体地，计算设备100首先对公式(2)中所述的主要模态分量进行希尔伯特变换，从而得到与主要模态分量对应的解析信号s
aij
(t)，其中解析信号s
aij
(t)如下面所示的公式(3)所示：
[0062][0063]
其中，a
ij
(t)是主要模态分量在t时刻的幅值；θ
ij
(t)是主要模态分量在t时刻的相位角。
[0064]
并且，根据下面所示的公式(4)，计算设备100确定主要模态分量对应的瞬时频率：
[0065][0066]
此外根据以下公式(5)，计算设备100确定不同结构层的同阶振型分量的比值：
[0067][0068]
其中，ωj(t)是主要模态分量的瞬时频率，φ
pj
和φ
qj
分别是第p层和q层加速度响应中所含的第j阶振型分量，a'
pj
(t)和a'
qj
(t)是在时间t＝t0时刻lna
pj
(t)和lna
qj
(t)的相应幅值(ln是自然对数)。
[0069]
其中，图5a～图5d示出了多层结构200的各个结构层对应的第一阶重构模态分量的ln振幅(即lna
i1
(t))的示图。其中，图5a示出了第一结构层对应的第一阶重构模态分量的ln振幅的示图，图5b示出了第二结构层对应的第一阶重构模态分量的ln振幅的示图，图5c示出了第三结构层对应的第一阶重构模态分量的ln振幅的示图，图5d示出了第四结构层(即第n结构层)对应的第一阶重构模态分量的ln振幅的示图。
[0070]
此外，对于每一阶主要模态分量的瞬时频率ωj(t)，可以通过线性拟合的方式，拟合与各阶瞬时频率ωj(t)对应的水平线，从而将所拟合的水平线所对应的频率值确定为与各阶主要模态分量对应的模态频率ωj(即权利要求1中所述的模态频率)。
[0071]
然后，计算设备100根据各个主要模态分量确定与各阶主要模态对应的加速度列向量：
[0072][0073]
其中加速度列向量为多层结构200与第j个主要模态对应的加速度列向量(即与模态频率ωj对应的加速度列向量)。
[0074]
然后针对每一个加速度列向量计算设备100根据公式(5)以及以下所示的公式(7)对其进行归一化计算：
[0075][0076]
其中φj＝[φ
1j φ
2j ... φ
nj
]
t
是对加速度列向量进行归一化处理后得到的多层结构200与第j阶模态频率ωj对应的第j阶振型向量，用于表征多层结构200的第j阶振型的形状。φ
ij
(i＝1～n)表示第i结构层的第j阶振型分量；是与该第j阶振型向量对应的第j阶模态加速度。
[0077]
然后，计算设备100根据模态频率ωj以及振型向量φj确定多层结构200的结构刚度矩阵
[0078]
具体地，计算设备100根据以下公式计算该多层结构200的刚度矩阵
[0079][0080]
其中，是多层结构200与第j阶振型对应的第j阶模态质量，其可以在设置有限
元动力学模型时，根据有限元动力学模型设置。
[0081]
例如，当j取1时，公式(8)可以变形为下面所示的公式(9)：
[0082][0083]
从而，计算设备100可以根据计算得到的第一阶振型向量φ1以及对应的ω1，计算得到多层结构200的刚度矩阵
[0084]
进而可以根据该刚度矩阵确定与该多层结构200对应的有限元动力学模型，其中该有限元动力学模型如下面公式所示：
[0085][0086]
其中，x＝[x
1 x2ꢀ…ꢀ
xn]
t
为与该多层结构200对应的n维位移列向量，并且x1～xn为分别与该多层结构的各个结构层对应的位移；为与该多层结构对应的n维速度列向量，并且为分别与该多层结构的各个结构层对应的速度；为与该多层结构对应的n维加速度列向量，并且为分别与该多层结构的各个结构层对应的加速度。并且其中，是通过该多层结构对应的有限元模型(fem)确定的对角质量矩阵；w(t)是n维外部动力学载荷向量；并且是与该多层结构对应的n
×
n结构刚度矩阵，在本实施例中可以根据上面所述的方法确定；是待确定的与该多层结构对应的n
×
n结构阻尼矩阵。从而，可以通过以上所述的有限元动力学模型对相应的多层结构进行力学分析。
[0087]
正如背景技术中所述的，现有的确定结构刚度矩阵的方法通常是通过多层结构的力学公式来确定。然而根据多层结构的力学公式所确定的结构刚度矩阵与实际的力学模型之间仍然存在较大偏差，因此导致所确定的结构刚度矩阵不准确，从而进一步导致多层结构的有限元动力学模型不能真实地反映该多层结构的力学状况，不能准确地对该多层结构进行力学分析。
[0088]
有鉴于此，本公开的技术方案根据设置于多层结构的不同结构层的加速度传感器所测量的加速度测量信号，利用同步挤压小波变换确定与加速度测量信号对应的主要模态分量，并进一步确定与多层结构对应的模态频率以及振型向量，从而根据确定的模态频率以及振型向量确定多层结构的结构刚度矩阵。由于加速度测量信号能够反映多层结构的各个结构层在外力作用下的加速度响应，因此根据本公开的技术方案所确定的结构刚度矩阵能够更加准确地反映该多层结构实际的力学模型。从而，根据本公开技术方案能够通过有限元动力学模型对多层结构进行准确的力学分析，从而解决了按照现有技术确定的结构刚度矩阵与多层结构的实际力学模型之间存在较大偏差，导致不能通过有限元动力学模型对多层结构进行准确的力学分析的技术问题。
[0089]
可选地，根据主要加速度模态分量确定与模态频率对应的振型向量的操作，包括：根据加速度模态分量确定多层结构的各个结构层与模态频率对应的振型分量；以及根据振
型分量确定振型向量。
[0090]
具体地参考上文所述，计算设备100根据公式(4)确定与主要模态分量对应的瞬时频率ωj(t)(即权利要求中所述的模态频率)，然后计算设备100根据公式(6)确定与主要模态分量对应的的加速度列向量并对其进行归一化计算，从而得到多层结构200的各个结构层的各阶振型分量φ
ij
(例如，最顶层的振型分量φ
nj
可以取数值“1”)。从而根据各阶振型分量φ
ij
构成多层结构200与第j阶模态频率对应的的第j阶振型向量φj＝[φ
1j φ
2j ... φ
nj
]
t
。
[0091]
可选地，根据加速度模态分量确定多层结构的各个结构层与模态频率对应的振型分量的操作，包括：根据加速度模态分量确定与加速度测量信号对应的结构层与模态频率对应的振型分量；以及根据与加速度测量信号对应的结构层的振型分量，确定未测量加速度测量信号的结构层与模态频率对应的振型分量。
[0092]
具体地，在多层结构200为具有较高层数和高度，从而不能保证每个结构层都能设置加速度传感器的情况下，计算设备100可以根据其他已经设置加速度传感器的结构层的振型分量确定未设置加速度传感器的结构层的振型分量。例如当j＝1，且顶层的振型分量设置为数值“1”时，针对第一阶振型，可以根据以下公式预测未设置加速度传感器的结构的振型分量：
[0093][0094]
其中，h为多层结构200的总高度；hi为未设置加速度传感器的第i层结构层的(距离地面的)高度；γ为频率影响系数，由多层结构200的已设置加速度传感器的各个结构层的振型分量确定，为了便于计算在本实施例中也可以直接取数值“1”。
[0095]
可选地，多层结构为多层建筑结构，并且方法还包括利用所确定的结构刚度矩阵，确定与多层建筑结构对应的第一有限元动力学模型。具体地正如上面所述，多层结构200例如可以是多层建筑结构。从而计算设备100在计算得到关于多层建筑结构200的刚度结构矩阵后，可以确定公式(10)所示的与多层建筑结构200对应的有限元动力学模型(即第一有限元动力学模型)。其中该有限元动力学模型的对角质量矩阵可以在构建有限元动力学模型时进行设置。结构阻尼矩阵例如可以通过求解瑞雷阻尼(rayleigh damping)的方式确定。结构刚度矩阵可以通过以上方法确定。从而可以利用所确定的有限元动力学模型对多层结构200进行力学分析。
[0096]
此外，计算设备100可以根据以下所述的过程利用同步挤压小波变换确定与加速度测量信号对应的加速度模态分量：
[0097]
(1)筛分测量信号，为保证计算的精度，采样点的数量满足2n的要求，其中n为一正整数，建议n为10或11，即采用点的数量为1024或2048，选取测量信号中频率成分最为丰富的部分进行分析。
[0098]
(2)对于筛分的测量信号进行离散小波变换。首先定义测量信号的连续小波变换(continuous wavelet transform,cwt)，wf(a,
·
)为
[0099][0100]
式中ψ是选择的基小波函数；a为比例系数；“*”表示卷积。
[0101]
在频域空间，小波变换，wf(a,
·
)，可以表示为
[0102][0103]
则对于任意位置(aj,tk)，这里tk是任意的离散时间点，对应的离散时间形式的比例系数j＝1,2,
…
,lnv(l为一非负整数，nv为影响比例系数的参数，通常取32或64)，我们用下面的公式计算离散小波变换(discrete wavelet transform,dwt)
[0104][0105]
式中，γn和是标准的离散傅里叶变换(fourier transform)以及它的逆变换；“·”表示点乘；λk＝2πk/n(k＝0,
…
,n-1)是频域空间的采样间隔。
[0106]
(3)基于连续小波变换系数，wf(a,
·
)，由下面的公式可得对应的实值频率
[0107][0108]
式中，
[0109]
为了有效过滤噪声，选用硬门槛参数(hard threshold parameter)γ为
[0110][0111]
mad是离散小波系数，的平均绝对偏差；b
l
是与mad相关的增大系数，建议取值为是离散小波系数的幅值。
[0112]
由式(16)可知，离散小波变换系数的幅值小于γ的点被舍弃，从而有效地过滤噪声影响，基于公式(15)，则可得基于离散小波变换的实值频率为
[0113][0114]
式中，且
[0115]
(4)基于由公式(14)和(17)所得的定义去噪加速度信号的离散同步挤压小波变换为
[0116][0117]
式中，二分频率ω
l
满足条件
[0118]
(6)设置相应n个带通滤波器，而后进行离散同步挤压小波逆变换，则去噪加速度
信号的每个模态分量能被重构为
[0119][0120]
式中，是一标准化常数。
[0121]
从而，通过以上方式，利用离散同步挤压小波根据设置于多层结构200的各个结构层的加速度传感器301～30n所测量的加速度测量信号，确定与多层结构200的各个结构层对应的加速度模态分量，并对该多层结构200的各个结构层的加速度进行重构。
[0122]
此外图6示出了根据本实施例所述的用于确定多层结构的结构刚度矩阵的方法流程的示意图。其中图6中示出的方法流程包括两部分流程：结构刚度识别流程以及结构损伤识别流程。其中这两个流程例如均可以由图2中所示出的计算设备100实现。其中图6的结构刚度识别流程部分示出了上面所述的确定多层结构200的结构刚度矩阵的流程示意图。
[0123]
参考图6所示，根据本实施例所述的方法，在结构刚度识别流程中，计算设备100首先获取与多层结构200的不同结构层的加速度测量信号；
[0124]
然后，计算设备100首先筛分加速度测量信号，并且按照公式(12)～公式(19)对所筛分的加速度测量信号进行离散同步挤压小波变换，从而确定与加速度测量信号对应的主要模态分量(即加速度模态分量)；
[0125]
然后，计算设备100根据公式(3)得到与主要模态分量对应的解析信号；
[0126]
然后，计算设备100根据公式(4)至公式(7)确定多层结构200的第一阶振型向量φ1以及对应的第一阶模态频率ω1，并且构建与多层结构200对应的有限元动力学模型(如公式(10)所示)；
[0127]
然后，计算设备100根据公式(8)和公式(9)确定多层结构200的结构刚度矩阵
[0128]
然后，计算设备100利用所确定的结构刚度矩阵确定所述多层结构200的有限元动力学模型。
[0129]
此外，可选地，多层结构为设置于建筑底部的基础隔震结构，并且方法还包括：利用所确定的结构刚度矩阵确定第二有限元动力学模型，其中第二有限元动力学模型用于确定限位作动器对基础隔震结构施加的控制力；利用所确定的第二有限元动力学模型确定限位作动器对基础隔震结构施加的控制力；以及根据所确定的控制力对限位作动器进行控制。
[0130]
具体地，本实施例中所述的多层结构不仅仅限于图2和图6中示出的多层建筑结构200。其也可以是图7a所示出的基础隔震结构400。
[0131]
图7a示出了能够控制限位作动器的基础隔震系统的示意图。参考图7a所示，该基础隔震系统包括基础隔震结构400、加速度传感器300～30n、磁流变阻尼器500(即限位作动器)以及计算设备100。其中，该基础隔震结构400例如可以为由多层橡胶垫构成的橡胶垫支座，包括位于最底部的基础隔震层b以及位于基础隔震层b之上的橡胶垫隔震层1至橡胶垫隔震层n。其中加速度传感器300设置于基础隔震层b，并且加速度传感器301～30n设置于橡胶垫隔震层1～n。从而在基础隔震结构400所承载的建筑遭受到外力载荷(例如风、震动)的
情况下，设置于基础隔震结构400的加速度传感器300～30n能够测量基础隔震结构400的各个结构层的加速度并生成相应的加速度测量信号，该加速度测量信号反映了该基础隔震结构400在外力作用下各个结构层的加速度响应。计算设备100与加速度传感器300～30n连接，用于接收由加速度传感器300～30n所生成的加速度测量信号。并且计算设备100也与用于对基础隔震结构进行限位的限位作动器连接，该限位作动器例如可以是磁流变阻尼器500。磁流变阻尼器500与基础隔震结构400连接用于对基础隔震结构400进行限位。从而，计算设备100可以根据从加速度传感器300～30n接收的加速度测量信号对磁流变阻尼器500进行控制，控制磁流变阻尼器500对基础隔震结构400施加最优控制力。
[0132]
具体地，计算设备100可以按照上文所述的方法计算得到基础隔震结构400的刚度结构矩阵k。其中与上文中针对图2中所示出的多层建筑结构200确定结构刚度矩阵相比，本公开的技术方案在针对图7a所示的基础隔震结构400确定结构刚度矩阵k时，区别仅仅在于基础隔震结构400的层数为n+1层(即包含基础隔震层b以及n个橡胶垫隔震层)，因此只需要在上述方法中将n替换为n+1即可。此处不再赘述。
[0133]
然后计算设备100可以利用该刚度结构矩阵k确定基础隔震结构400的有限元动力学模型(即第二有限元动力学模型)。其中，基础隔震结构400的有限元动力学模型(即第二有限元动力学模型)如下式所示：
[0134][0135]
式中，x、分别是基础隔震结构的位移向量、速度向量和加速度向量；x(t)＝[xn(t),
…
,x2(t),x1(t),xb(t)]
t
为(n+1)维位移列向量，xb(t)为基础隔震层的水平位移；m＝diag[mn,
…
,m2,m1,mb]和m＝[mn,
…
,m2,m1,mb]
t
分别为(n+1)
×
(n+1)维结构的质量矩阵和(n+1)维的质量列向量，可以在构建有限元动力学模型时设置，其中mb为基础隔震层的质量；u(t)为基础隔震层限位作动器提供的控制力；d＝[0,
…
,0,0,1]
t
为(n+1)
×
1维限位作动器位置矩阵；为地面运动加速度；c和k分别为(n+1)
×
(n+1)维结构阻尼和结构刚度矩阵，其中，k1和c1分别为n
×
(n+1)维结构刚度和阻尼子矩阵，kb和cb分别为1
×
(n+1)维基础隔震层刚度非线性子矩阵和阻尼线性子矩阵。其中结构阻尼矩阵c例如可以通过求解瑞雷阻尼(rayleigh damping)的方式确定。结构刚度矩阵k可以通过以上方法确定。从而可以利用所确定的有限元动力学模型对基础结构矩阵400进行力学分析。
[0136]
然后计算设备100利用所确定的有限元动力学模型确定磁流变阻尼器500(即限位作动器)对基础隔震结构400施加的控制力u(t)。
[0137]
然后计算设备100根据所确定的控制力u(t)，对磁流变阻尼器500进行控制。
[0138]
从而通过这种方式，本实施例的技术方案通过计算基础隔震结构400的结构刚度矩阵k，并利用该结构刚度矩阵k确定基础隔震结构400的有限元动力学模型，从而能够更加准确地确定基础隔震结构400的有限元动力学模型，从而更加准确地通过有限元动力学模型确定磁流变阻尼器500对基础隔震结构400所施加的控制力，从而实现对基础隔震结构400更好地防护。
[0139]
可选地，利用所确定的第二有限元动力学模型确定限位作动器对基础隔震结构施
加的控制力的操作，包括：利用所确定的第二有限元动力学模型确定用于确定控制力的滑模控制器模型和模糊控制器模型；以及利用滑模控制器模型和模糊控制器模型确定控制力。
[0140]
具体地，计算设备100可以通过以下所述的方式确定控制力：
[0141]
公式(20)转化为状态方程
[0142][0143]
式中:
[0144][0145]
其中，z(t)是(2n+2)维状态列向量；a是(2n+2)
×
(2n+2)维非线性系统矩阵；i
n+1
是(n+1)
×
(n+1)维的单位阵；b和e是(2n+2)
×
1维矩阵。
[0146]
非线性系统矩阵a可以写成以下形式
[0147][0148]
其中：m1＝[(diag[mn,
…
,m2,m1])-1
0]
t
为(n+1)
×
n维矩阵；a1为(2n+1)
×
(2n+2)维系统子矩阵；ab(t)为1
×
(2n+2)维非线性系统子矩阵。
[0149]
(1)令fb(t)＝ab(t)z(t)，将式(22)代入式(21)并忽略外部激励的影响，可得
[0150][0151]
假设结构滑模函数具有如下线性形式
[0152]
s(t)＝pz(t)
ꢀꢀ
(24)
[0153]
其中：p＝[p1,p2,
…
,p
2n+2
]为1
×
(2n+2)维待确定常数矩阵。
[0154]
作线性变换
[0155]
其中：是(2n+2)维状态列向量z(t)的(2n+1)维子向量；为一状态转换矩阵；i
2n+1
是(2n+1)
×
(2n+1)维的单位阵。
[0156]
取p
2n+2
＝1，并引入了符号
[0157]
并记ts＝[t
1 t2]，
[0158]
则将式(25)代入式(23)，可得
[0159][0160]
再记
[0161]
a1＝[a
11 a
12
]，
[0162]
其中a
11
为(2n+1)
×
(2n+1)维矩阵，a
12
为(2n+1)
×
1维矩阵，则可得
[0163][0164][0165]
当s(t)＝0时，从式(24)解出z
2n+2
(t)代入式(27a)，得到
[0166][0167]
基于线性二次型最优配置法确定矩阵可得滑模面为
[0168][0169]
(2)采用如下指数趋近律
[0170][0171]
式中，ε＞0，q＞0；根据计算滑模函数s(t)的大小，通过模糊判别动态地调整εsgn(s(t))值，记εsgn(s(t))的模糊输出值为εf。
[0172]
模糊控制器的输入变量为s和ds，输出变量为εf，描述输入和输出模糊变量的语言值的模糊子集均为：{nb,zo,pb}。其中：nb(negative big)表示负大值；zo(zero)表示零；pb(positive big)表示正大值。根据控制经验，采用如附表1所示的控制规则。选用中心平均解模糊器，清晰化的控制量由下式计算，在经尺度变换就可变为实际的控制量εf。
[0173][0174]
式中，v为模糊集的数量，μb(bi)为第i个模糊集的隶属函数值，bi为第i个模糊集的中心。
[0175]
表1
[0176][0177]
(3)将式(23)代入式(30)，可得
[0178][0179]
将式(32)代入式(30)，并用εf代替滑模输出控制项εsgn(s(t))，可得
[0180][0181]
实际控制力的大小将受到作动器最大极限控制力的限制，引入饱和控制律
[0182][0183]
式中，u(t)、和分别为作动器的计算控制力、最大极限控制力和实际作用于结构的控制力。
[0184]
从而计算设备100可以基于公式(33)初始计算控制力u(t)，并且根据公式(34)确定实际作用于基础隔震结构的实际控制力从而计算设备100根据所计算得到的实际控制力控制磁流变阻尼器500。
[0185]
从而通过这种方式，计算设备100可以根据所确定的有限元动力学模型(第二有限元动力学模型)，计算得到磁流变阻尼器500的控制力从而计算设备100可以根据计算出的控制力对磁流变阻尼器500进行控制。
[0186]
进一步地，图7b示出了与上述方法对应的系统流程图。其中图7b中所示的模糊滑模控制器例如可以由图7a中示出的计算设备100实现。
[0187]
下面以一个8层基础隔震结构为例来验证所提方法的有效性。
[0188]
步骤1：基础隔震结构的有限元动力学模型的获得具体实现步骤为：
[0189]
(1)该8层实体基础隔震结构如图7a中的基础隔震结构所示，基础隔震层的非弹性参数如下：dy＝4cm。结构1-8层的屈服极限位移为：di＝2.4,2.3,2.2,2.1,2.0,1.9,1.7,1.5(单位为：cm)。考虑结构每层均装有速度和位移传感器来实时测量结构的状态反应。
[0190]
(2)经过有限元建模和模态参数识别方法后，升级有限元模型的结构参数，利用其有限元模型可得其主要结构参数如表2所示。
[0191]
表2
[0192][0193]
(3)输入地震波(例如采用el centro地震波)，持续时间为8s，最大地面运动加速度调整为由升级有限元模型的结构参数建立结构的运动方程，并由式(21)和(22)将其转化为状态空间形式。
[0194]
步骤2：利用结构状态空间方程设计滑模面和模糊控制器，计算限位作动器的最优控制力。具体实现步骤为：
[0195]
(1)利用公式(23)-(28)，基于二次型最优性能指标，确定滑模面参数矩阵从而确定滑模面s(t)。
[0196]
(2)取输入变量s和ds的论域分别为[-0.70.5]和[-612]，基于表1所示模糊控制规则，可得s和ds的隶属函数曲线如图8a和图8b所示；取输出变量εf的论域为[-1.51.5]，可得εf的隶属函数曲线如图8c所示。
[0197]
(3)基于公式(33)，可得初始计算控制力，采用模糊控制参数值εf下控制力时程如
图9所示。实际控制力的大小将受到作动器最大极限控制力的限制，基于饱和控制律得到实际输入控制力
[0198]
(4)将实际输入控制力通过限位磁流变阻尼器作用于基础隔震结构，可得基础隔震结构地震反应。图10a和图10b为不同工况下基础隔震层地震反应时程，其中，图10a为位移反应时程，图10b为加速度反应时程；表1为本发明计算的不同工况下基础隔震结构最大地震反应和限位磁流变阻尼器控制力峰值。图表中，“lrb”表示未考虑限位磁流变阻尼器的基础隔震结构，“fsmc”表示本发明提出的考虑限位磁流变阻尼器的基础隔震结构。
[0199]
从表3、图9以及图10a和图10b中可以看出，在设定的参数变化范围内，本发明在保证控制系统弱抖振的前提下，能够很好地控制隔震支座过大的水平位移和整体结构的控制效果。
[0200]
表3
[0201][0202]
可选地，根据所确定的加速度模态分量，对多层结构进行分析的操作，包括：根据所确定的加速度模态分量确定与加速度测量信号的多阶模态分别对应的频率时序信息，频率时序信息指示与多阶模态分别对应的瞬时频率在时间上的分布；以及根据频率时序信息，识别多层结构的结构损伤。
[0203]
具体地，参考图6所示，根据本公开实施例的方法，还可以根据加速度测量信号的主要模态分量对多层结构200进行损伤识别。具体地，计算设备100可以根据公式(4)确定主要模态分量的瞬时频率ωj(t)。从而，计算设备100可以根据瞬时频率ωj(t)确定反映传感器测量信号的多阶模态的频率时序信息。
[0204]
其中，图11a和图11b分别示出了加速度传感器的前三阶主要模态分量的频率时序图。该频率时序图例如可以是根据多层结构200中的加速度传感器301～30n中信号质量比较好的加速度传感器(例如，设置于顶层的加速度传感器)的加速度测量信号得到的。
[0205]
其中参考图11a和图11b所示，按照频率由低到高，分别是一阶模态分量的频率时序信息ω1(t)，二阶模态分量的频率时序信息ω2(t)，以及三阶模态分量的频率时序信息
ω3(t)。从而计算设备可以根据加速度测量信号的频率时序信息来对多层结构的损伤进行识别(具体损伤识别的方法在下文中详细说明)。
[0206]
尽管本公开实施例示例性地示出了通过加速度测量信号的三阶模态的频率时序信息，但是也可以根据更多或更少模态的频率时序信息来识别多层结构的损伤。并且尽管本公开实施例示例性地示出了作为建筑物的多层结构200的损伤识别方法，但是对于作为基础隔震结构的多层结构400也是适用的。
[0207]
可选地，根据频率时序信息，识别多层结构的结构损伤的操作，包括：将频率时序信息中瞬时频率的变化值超过预定阈值的时间确定为多层结构发生结构损伤的损伤发生时间。
[0208]
具体地，计算设备100会根据图11a或图11b中的三个模态或者某一个模态的瞬时频率的变化值来确定多层结构200发生结构损伤的时刻(即损伤发生时间)。例如当瞬时频率的变化值大于预设的阈值时，便可以确定多层结构200在该时刻发生结构损伤。
[0209]
参考图11a和图11b所示，第一阶模态的瞬时频率在1.2s和1.8s秒发生了显著变化，其变化值超过了预设的阈值(该阈值例如可以根据相应的实验或模拟来确定)。因此，可以确定在1.2s和1.8s这两个时刻，多层结构200发生了结构损伤。
[0210]
可选地，根据频率时序信息，识别多层结构的结构损伤的操作，还包括：确定与损伤发生时间对应的频率变化率向量，其中频率变化率向量指示多层结构的多阶模态的瞬时频率在损伤发生时间的频率变化率；以及利用预先设定的分类器模型，确定频率变化率向量对应的损伤类别，其中损伤类别用于指示与结构损伤对应的结构层以及损伤程度。
[0211]
此外，计算设备100不仅可以根据频率时序信息确定多层结构200发生结构损伤的时刻，还可以确定发生结构损伤的位置(例如结构层)以及发生损伤的损伤程度。
[0212]
具体地，以图11a或图11b中所示出的损伤发生时间1.2s为例。为了确定在1.2s时多层结构100发生损伤的具体结构层以及损伤程度，计算设备100确定在1.2s时各阶模态的瞬时频率发生变化的变化率。具体地，该变化率为各阶模态在1.2s时瞬时频率的变化值与损伤发生时间(即1.2s)之前时刻的瞬时频率之间的比值，记为：
[0213][0214]
其中，rfj(ts)为第j阶模态的瞬时频率在损伤发生时间ts的频率变化率；δωj(ts)为第j阶模态的瞬时频率在损伤发生时间ts的频率变化值；ωj(ts)'为第j阶模态的瞬时频率在损伤发生时间ts之前时刻的瞬时频率值。
[0215]
从而，通过以上公式，对于损伤发生时间1.2s，计算设备100可以确定与该时刻对应的频率变化率向量rf＝[rf1,rf2,rf3]，其中rf1、rf2和rf3分别为第一阶模态、第二阶模态以及第三阶模态在第1.2s的频率变化率。
[0216]
从而，计算设备100可以根据所确定的频率变化率向量，确定与多层结构200在1.2s的损伤所对应的损伤类别。例如，根据本公开实施例的技术方案，可以根据结构损伤发生的位置(例如结构层)以及损伤程度，将结构损伤划分为多个类别。
[0217]
下面表4示出了各个类别所对应的损伤位置以及损伤程度。
[0218]
表4
[0219]
类别类别1类别2类别3类别4类别5损伤位置第1层第1层第1层第1层第1层损伤程度0～20％20～40％40～60％60～80％80～100％
[0220]
类别类别6类别7类别8类别9类别10损伤位置第2层第2层第2层第2层第2层损伤程度0～20％20～40％40～60％60～80％80～100％
[0221]
类别类别11类别12类别13类别14类别15损伤位置第3层第3层第3层第3层第3层损伤程度0～20％20～40％40～60％60～80％80～100％
[0222]
类别类别16类别17类别18类别19类别20损伤位置第4层第4层第4层第4层第4层损伤程度0～20％20～40％40～60％60～80％80～100％
[0223]
从而，计算设备100可以根据输入的频率变化率向量rf确定具体的损伤类别。例如如果计算设备100根据频率变化率向量rf确定相应的损伤类别为类别1，则意味着损伤位置为第1层，损伤程度为0～20％。如果计算设备100根据频率变化率向量rf确定相应的损伤类别为类别12，则意味着损伤位置为第3层，损伤程度为20～40％。
[0224]
具体地，计算设备100可以将频率变化率向量rf输入至预先设置的分类器模型来确定与该频率变化率向量rf的类别。其中该分类器模型例如可以是支持向量机(svm)，也可以是概率神经网络(pnn)。从而例如计算设备100可以将频率变化率向量rf输入到分类器模型中，从而分类器模型可以生成与频率变化率向量rf对应的类别向量cl，该类别向量例如包含20个元素[cl1,cl2,......,cl
20
]，分别代表与该频率变化率向量rf对应的各个损伤类别的概率。从而可以将概率值最大的元素所对应的类别确定为与频率变化率向量rf对应的损伤类别。例如，当元素cl
12
的值最高时，意味着与该频率变化率向量rf对应的损伤类别为类别12，即发生损伤的位置为第3层，损伤程度为20～40％。
[0225]
从而通过这种方式计算设备100通过设置于多层结构200的加速度传感器可以准确地识别多层结构200发生损伤的时刻、位置以及程度，从而可以准确地对多层结构200的损伤程度进行监控。
[0226]
此外，尽管上面以三阶模态分量为例对实施例的技术方案进行了说明，但是本公开的技术方案不限于此。例如本公开也可以选取两阶模态分量(此时的频率变化率向量rf包含2个元素)来对结构200进行损伤识别，也可以选取四阶模态分量(此时的频率变化率向量rf包含4个元素)来对结构200进行损伤识别。
[0227]
例如，图12和图13示出了结构第1层刚度分别降低12％和22％两种情况，分别选取二阶、三阶以及四阶模态分量进行损伤识别的精度对比图。根据图12和13中显示的识别精度结果，取散布常数值为0.1，可保证识别精度为99.8％，建立损伤识别模型，并基于不同状态反馈的信号在线识别结构损伤位置和程度。
[0228]
此外，参考图1所示，根据本实施例的第三个方面，提供了一种存储介质。所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时由处理器执行以上任意一项所述的方法。
[0229]
从而本公开实施例技术方案根据设置于多层结构的不同结构层的加速度传感器
所测量的加速度测量信号，利用同步挤压小波变换确定与加速度测量信号对应的主要模态分量，并根据主要模态分量对多层结构进行分析。从而能够通过简单的计算模型即可准确地对多层结构进行分析。从而解决了现有的力学分析方法不能准确地对多层结构进行准确分析的技术问题。
[0230]
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
[0231]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0232]
实施例2
[0233]
图14示出了根据本实施例所述的多层结构的分析装置1400，该装置1400与根据实施例1的第一个方面所述的方法相对应。参考图14所示，该装置1400包括：信号获取模块1410，用于获取分别与多层结构的不同结构层对应的加速度测量信号；加速度模态分量确定模块1420，用于利用同步挤压小波变换确定与加速度测量信号的多阶模态对应的加速度模态分量；以及分析模块1430，用于根据所确定的加速度模态分量，对多层结构进行分析。
[0234]
可选地，分析模块1430包括：频率及振型向量确定子模块，用于根据所确定的加速度模态分量确定与多层结构的多阶模态分别对应的模态频率以及与模态频率对应的振型向量；以及结构刚度矩阵确定子模块，用于根据模态频率以及振型向量，确定多层结构的结构刚度矩阵。
[0235]
可选地，频率及振型向量确定子模块包括：振型分量确定单元，用于根据加速度模态分量确定多层结构的各个结构层与模态频率对应的振型分量；以及振型向量确定单元，用于根据振型分量确定振型向量。
[0236]
可选地，振型分量确定单元包括：第一振型分量确定子单元，用于根据加速度模态分量确定与加速度测量信号对应的结构层与模态频率对应的振型分量；以及第二振型分量确定子单元，用于根据与加速度测量信号对应的结构层的振型分量，确定未测量加速度测量信号的结构层与模态频率对应的振型分量。
[0237]
可选地，多层结构为多层建筑结构，并且分析装置1400还包括第一有限元动力学模型确定模块，用于利用所确定的结构刚度矩阵，确定与多层建筑结构对应的第一有限元动力学模型。
[0238]
可选地，多层结构为设置于建筑底部的基础隔震结构，并且分析装置1400还包括：第二有限元动力学模型确定模块，用于利用所确定的结构刚度矩阵确定第二有限元动力学模型，其中第二有限元动力学模型用于确定限位作动器对基础隔震结构施加的控制力；控制力确定模块，用于利用所确定的第二有限元动力学模型确定限位作动器对基础隔震结构
施加的控制力；以及限位作动器控制模块，用于根据所确定的控制力对限位作动器进行控制。
[0239]
可选地，控制力确定模块包括：模型确定子模块，用于利用所确定的第二有限元动力学模型确定用于确定控制力的滑模控制器模型和模糊控制器模型；以及控制力确定子模块，用于利用滑模控制器模型和模糊控制器模型确定控制力。
[0240]
可选地分析模块1430包括：频率时序信息确定子模块，用于根据所确定的加速度模态分量确定与加速度测量信号的多阶模态分别对应的频率时序信息，频率时序信息指示与多阶模态分别对应的瞬时频率在时间上的分布；以及结构损伤识别子模块，用于根据频率时序信息，识别多层结构的结构损伤。
[0241]
可选地，结构损伤识别子模块包括：损伤发生时间确定单元，用于将频率时序信息中瞬时频率的变化值超过预定阈值的时间确定为多层结构发生结构损伤的损伤发生时间。
[0242]
可选地，结构损伤识别子模块还包括：频率变化率确定单元，用于确定与损伤发生时间对应的频率变化率向量，其中频率变化率向量指示多阶模态的瞬时频率在损伤发生时间的频率变化率；以及损伤识别单元，用于利用预先设定的分类器模型，确定频率变化率向量对应的损伤类别，其中损伤类别用于指示与结构损伤对应的结构层以及损伤程度。
[0243]
从而本公开实施例技术方案根据设置于多层结构的不同结构层的加速度传感器所测量的加速度测量信号，利用同步挤压小波变换确定与加速度测量信号对应的主要模态分量，并根据主要模态分量对多层结构进行分析。从而能够通过简单的计算模型即可准确地对多层结构进行分析。从而解决了现有的力学分析方法不能准确地对多层结构进行准确分析的技术问题。
[0244]
实施例3
[0245]
图15示出了根据本实施例所述的多层结构的分析装置1500，该装置1500与根据实施例1的第一个方面所述的方法相对应。参考图15所示，该装置1500包括：处理器1510；以及存储器1520，与所述处理器1510连接，用于为所述处理器1510提供处理以下处理步骤的指令：获取分别与多层结构的不同结构层对应的加速度测量信号；利用同步挤压小波变换确定与所述加速度测量信号的多阶模态对应的加速度模态分量；以及根据所确定的加速度模态分量，对所述多层结构进行分析。
[0246]
可选地，根据所确定的加速度模态分量，对所述多层结构进行分析的操作，包括：根据所确定的加速度模态分量确定与所述多层结构的多阶模态分别对应的模态频率以及与所述模态频率对应的振型向量；以及根据所述模态频率以及所述振型向量，确定所述多层结构的结构刚度矩阵。
[0247]
可选地，根据所述加速度模态分量确定与所述模态频率对应的振型向量的操作，包括：根据所述加速度模态分量确定所述多层结构的各个结构层与所述模态频率对应的振型分量；以及根据所述振型分量确定所述振型向量。
[0248]
可选地，根据所述加速度模态分量确定所述多层结构的各个结构层与所述模态频率对应的振型分量的操作，包括：根据所述加速度模态分量确定与所述加速度测量信号对应的结构层与所述模态频率对应的振型分量；以及根据与所述加速度测量信号对应的结构层的振型分量，确定未测量加速度测量信号的结构层与所述模态频率对应的振型分量。
[0249]
可选地，所述多层结构为多层建筑结构，并且存储器1520还用于为所述处理器
1510提供处理以下处理步骤的指令：利用所确定的结构刚度矩阵，确定与所述多层建筑结构对应的第一有限元动力学模型。
[0250]
可选地，所述多层结构为设置于建筑底部的基础隔震结构，并且存储器1520还用于为所述处理器1510提供处理以下处理步骤的指令：利用所确定的结构刚度矩阵确定第二有限元动力学模型，其中所述第二有限元动力学模型用于确定限位作动器对所述基础隔震结构施加的控制力；利用所确定的第二有限元动力学模型确定所述限位作动器对所述基础隔震结构施加的控制力；以及根据所确定的控制力对所述限位作动器进行控制。
[0251]
可选地，利用所确定的第二有限元动力学模型确定所述限位作动器对所述基础隔震结构施加的控制力的操作，包括：利用所确定的所述第二有限元动力学模型确定用于确定所述控制力的滑模控制器模型和模糊控制器模型；以及利用所述滑模控制器模型和所述模糊控制器模型确定所述控制力。
[0252]
可选地，根据所确定的加速度模态分量，对所述多层结构进行分析的操作，包括：根据所确定的加速度模态分量确定与所述加速度测量信号的多阶模态分别对应的频率时序信息，所述频率时序信息指示与所述多阶模态分别对应的瞬时频率在时间上的分布；以及根据所述频率时序信息，识别所述多层结构的结构损伤。
[0253]
可选地，根据所述频率时序信息，识别所述多层结构的结构损伤的操作，包括：将所述频率时序信息中瞬时频率的变化值超过预定阈值的时间确定为所述多层结构发生结构损伤的损伤发生时间。
[0254]
可选地，根据所述频率时序信息，识别所述多层结构的结构损伤的操作，还包括：确定与所述损伤发生时间对应的频率变化率向量，其中所述频率变化率向量指示所述多阶模态的瞬时频率在所述损伤发生时间的频率变化率；以及利用预先设定的分类器模型，确定所述频率变化率向量对应的损伤类别，其中所述损伤类别用于指示与所述结构损伤对应的结构层以及损伤程度。
[0255]
从而本公开实施例技术方案根据设置于多层结构的不同结构层的加速度传感器所测量的加速度测量信号，利用同步挤压小波变换确定与加速度测量信号对应的主要模态分量，并根据主要模态分量对多层结构进行分析。从而能够通过简单的计算模型即可准确地对多层结构进行分析。从而解决了现有的力学分析方法不能准确地对多层结构进行准确分析的技术问题。
[0256]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0257]
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0258]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
[0259]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个
网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0260]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0261]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0262]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。