結(jié)構(gòu)構(gòu)件半剛性連接損傷檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)構(gòu)件半剛性連接損傷檢測方法，通過布置在構(gòu)件端部半剛性連接附近的傳感器采集到構(gòu)件自由振動的信號，將這些信號經(jīng)過一定的分析處理最后得到構(gòu)件端部的振幅-時間曲線和頻率-時間曲線，進而得到構(gòu)件端部的頻率-振幅曲線，比較曲線中相同振幅區(qū)間內(nèi)頻率改變值的大小以判斷半剛性連接的損傷，頻率值改變越大說明損傷越嚴重，實際檢測中可以對安裝狀態(tài)相同的多根構(gòu)件進行檢測，然后得出各構(gòu)件每一端的頻率-振幅曲線，對比這些曲線相同振幅區(qū)間內(nèi)頻率的改變值即可判斷哪些半剛性連接存在損傷且損傷的程度如何。
【專利說明】結(jié)構(gòu)構(gòu)件半剛性連接損傷檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種損傷檢測方法；具體涉及一種結(jié)構(gòu)構(gòu)件半剛性連接損傷檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展在建筑結(jié)構(gòu)中占據(jù)著越來越重要的地位。鋼結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的連接通常采用高強螺栓或焊縫連接，尤以采用高強螺栓端板連接這樣的半剛性連接在實際工程中越來越多。在長時間的環(huán)境激勵作用下(如風(fēng)荷載和可變荷載，甚或地震作用)，高強螺栓松動導(dǎo)致的連接損傷難以避免。如果連接損傷在早期沒有被及時發(fā)現(xiàn)，隨著損傷的進一步加劇，結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)將顯著改變而產(chǎn)生局部破壞，甚至導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的倒塌。因此對鋼結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土結(jié)構(gòu)來說，結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接的損傷識別非常重要。目前，對高強螺栓松動這樣的半剛性連接損傷檢測的研究還處于初期發(fā)展階段。傳統(tǒng)的識別高強螺栓松動的復(fù)擰法等技術(shù)，不僅技術(shù)含量低、操作難度大、耗費時間長,而且成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)構(gòu)件半剛性連接損傷檢測方法，能有效可靠的識別結(jié)構(gòu)構(gòu)件半剛性連接的損傷。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]一種結(jié)構(gòu)構(gòu)件半剛性連接損傷檢測方法，包括以下步驟:
[0006]第一步:在構(gòu)件端部設(shè)置用于采集構(gòu)件自由振動信號的加速度傳感器；
[0007]第二步:利用所述加速度傳感器采集構(gòu)件振動信號；
[0008]第三步:對上述振動信號進行去噪處理；
[0009]第四步:對去噪后的振動信號進行盲源分離得到一階振動分量；
[0010]第五步:對上述一階振動分量進行兩次積分運算得到位移-時間曲線；
[0011]第六步:利用時頻分析方法對上述位移-時間曲線進行時頻變換得到頻率-振幅曲線；
[0012]第七步:利用頻率-振幅曲線判斷構(gòu)件端部半剛性連接的損傷情況。
[0013]進一步，所述第一步中構(gòu)件端部垂直于構(gòu)件軸線并行布置兩個加速度傳感器。
[0014]進一步，所述第一步中加速度傳感器布置在構(gòu)件端部靠近半剛性連接處。
[0015]進一步，所述第二步采集構(gòu)件振動信號中通過力錘在構(gòu)件的跨中位置進行敲擊而獲取構(gòu)件振動信號。
[0016]進一步，所述第三步采用小波軟閾值方式去噪。
[0017]進一步，所述第六步中時頻分析之前先對第五步得到的位移信號進行鏡像處理。
[0018]進一步,所述第六步中的時頻分析采用希爾伯特變換。
[0019]進一步，重復(fù)步驟2到6若干次得到多條頻率-振幅曲線，取多條頻率-振幅曲線中間的I條曲線作為最終曲線。
[0020]進一步，所述第七步中先對第六步得到的頻率-振幅曲線進行歸一化處理后再對構(gòu)件端部半剛性連接是否存在損傷進行判斷。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過布置在構(gòu)件端部半剛性連接附近的傳感器采集到構(gòu)件自由振動的信號，將這些信號經(jīng)過一定的分析處理最后得到構(gòu)件端部的振幅-時間曲線和頻率-時間曲線,進而得到構(gòu)件端部的頻率-振幅曲線，利用該頻率-振幅曲線即可判斷出半剛性連接的損傷位置和損傷程度，判斷有效可靠。
[0022]本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述，其中:
[0024]圖1為本發(fā)明的流程示意圖；
[0025]圖2為傳感器的布置示意圖；
[0026]圖3為工況一子工況14的X梁B端加速度信號圖；
[0027]圖4為圖3去噪后的加速度信號圖；
[0028]圖5為圖4加速度信號的一階分離信號圖；
[0029]圖6為圖5的加速度一階分離信號2次積分后得到的位移信號圖；
[0030]圖7為圖6的鏡像處理圖；
[0031 ]圖8為圖7進行時頻變換后得到的振幅-時間圖；
[0032]圖9為圖7進行時頻變換后得到的頻率-時間圖；
[0033]圖10為結(jié)合圖8和圖9得到的工況一子工況14的X梁B端的頻率-振幅曲線；
[0034]圖11為工況一子工況14的X梁B端3次動測歸一化處理后得到的頻率-振幅曲線.[0035]圖12為工況一各子工況X梁B端的最終頻率-振幅曲線；
[0036]圖13為工況二各子工況X梁B端的最終頻率-振幅曲線；
[0037]圖14為工況三各子工況X梁B端的最終頻率-振幅曲線。
【具體實施方式】
[0038]以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。
[0039]如圖所示，一種結(jié)構(gòu)構(gòu)件半剛性連接損傷檢測方法，包括以下步驟:
[0040]第一步:在構(gòu)件端部設(shè)置用于采集構(gòu)件自由振動信號的加速度傳感器；
[0041]第二步:利用所述加速度傳感器采集構(gòu)件振動信號；
[0042]第三步:對上述振動信號進行去噪處理；
[0043]第四步:對去噪后的振動信號進行盲源分離得到一階振動分量；[0044]第五步:對上述一階振動分量進行兩次積分運算得到位移-時間曲線；
[0045]第六步:利用時頻分析方法對上述位移-時間曲線進行時頻變換得到頻率-振幅曲線；
[0046]第七步:利用頻率-振幅曲線判斷構(gòu)件端部半剛性連接的損傷情況。
[0047]本發(fā)明通過布置在構(gòu)件端部半剛性連接附近的傳感器采集到構(gòu)件自由振動的信號，將這些信號經(jīng)過一定的分析處理最后得到構(gòu)件端部的振幅-時間曲線和頻率-時間曲線，進而得到構(gòu)件端部的頻率-振幅曲線，比較曲線中相同振幅區(qū)間內(nèi)頻率改變值的大小以判斷半剛性連接的損傷，頻率值改變越大說明損傷越嚴重。實際檢測中可以對安裝狀態(tài)相同的多根構(gòu)件進行檢測，然后得出各構(gòu)件每一端的頻率-振幅曲線，對比這些曲線相同振幅區(qū)間內(nèi)頻率的改變值是否超過損傷閾值即可判斷哪些半剛性連接存在損傷且損傷的程度如何，損傷閾值可以根據(jù)具體的工況具體確定。
[0048]下面將通過多個實施例以最為典型的摩擦型高強螺栓連接為代表的端板半剛性連接進行檢測來證明本方法的有效性:
[0049]實施例的工件:工件為X鋼梁，其材質(zhì)為Q235的16#工字鋼，凈跨為5000mm，梁兩端分別連著一塊大小為280mm*380mm,厚度為20mm的端板,在端板上均勻布置三行兩列的摩擦型高強螺栓， 其強度等級為10.9，規(guī)格為M20，長度為80mm，端板上螺栓孔的標(biāo)定直徑為 22mm。
[0050]損傷的鑒定依據(jù):根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)高強螺栓連接的設(shè)計、施工及驗收規(guī)程的規(guī)定，摩擦型高強螺栓的施工終擰扭矩根據(jù)式TC=K*PC*d確定，其中TC為施工的終擰扭矩，單位為N*m，K值為高強螺栓連接副的扭矩系數(shù)平均值，一般取值為0.12，PC為高強螺栓施工預(yù)拉力，單位為kN，對于強度等級為10.9級的M20摩擦性高強度螺栓取值為170kN，d為高強度螺栓的螺桿直徑，對于M20的直徑取20mm。將上述數(shù)據(jù)帶入公式得到終擰扭矩TC為408N*m，為了計算處理方便取終擰扭矩為400N*m，滿足規(guī)范規(guī)程要求。因此當(dāng)高強螺栓的扭矩達到400N*m時認為鋼梁端板半剛性連接為完好的，即處于無損傷的狀態(tài)。
[0051]實施例工況:
[0052]工況一:設(shè)定X鋼梁A端無損傷，即A端的終擰扭矩為400N*m，B端的終擰扭矩從0到400N*m，即從完全損傷到無損的各種狀態(tài)，具體見下表:
[0053]
【權(quán)利要求】
1.一種結(jié)構(gòu)構(gòu)件半剛性連接損傷檢測方法，其特征在于:包括以下步驟: 第一步:在構(gòu)件端部設(shè)置用于采集構(gòu)件自由振動信號的加速度傳感器； 第二步:利用所述加速度傳感器采集構(gòu)件振動信號； 第三步:對上述振動信號進行去噪處理； 第四步:對去噪后的振動信號進行盲源分離得到一階振動分量； 第五步:對上述一階振動分量進行兩次積分運算得到位移-時間曲線； 第六步:利用時頻分析方法對上述位移-時間曲線進行時頻變換得到頻率-振幅曲線.第七步:利用頻率-振幅曲線判斷構(gòu)件端部半剛性連接的損傷情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件半剛性連接損傷檢測方法，其特征在于:所述第一步中構(gòu)件端部靠近半剛性連接垂直于構(gòu)件軸線并行布置兩個加速度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件半剛性連接損傷檢測方法，其特征在于:所述第二步采集構(gòu)件振動信號中通過力錘在構(gòu)件的跨中位置進行敲擊而獲取構(gòu)件振動信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件半剛性連接損傷檢測方法，其特征在于:所述第三步采用小波軟閾值方式去噪。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件半剛性連接損傷檢測方法，其特征在于:所述第六步中時頻分析之前先對第五步得到的位移信號進行鏡像處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件半剛性連接損傷檢測方法，其特征在于:所述第六步中的時頻分析采用希爾伯特變換。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件半剛性連接損傷檢測方法，其特征在于:重復(fù)步驟2到6若干次得到多條頻率-振幅曲線，取多條頻率-振幅曲線中間的I條曲線作為最終曲線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件半剛性連接損傷檢測方法，其特征在于:所述第七步中先對第六步得到的頻率-振幅曲線進行歸一化處理后再對構(gòu)件端部半剛性連接是否存在損傷進行判斷。
【文檔編號】G01N29/12GK103760238SQ201410039851
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】曹暉, 曹永紅, 華建民, 張曉冰 申請人:重慶大學(xué)