一種用于擋土墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于擋土墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷識(shí)別方法，包括以下步驟：通過(guò)激勵(lì)裝置對(duì)擋土墻進(jìn)行連續(xù)激勵(lì)；通過(guò)傳感器采集擋土墻動(dòng)力響應(yīng)信號(hào)并傳送給信號(hào)采集系統(tǒng)；通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行處理，得到虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)；通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)進(jìn)行小波包分解；對(duì)小波包分解后的信號(hào)進(jìn)行小波包頻帶能量譜分析，并創(chuàng)建小波包特征頻帶向量譜；構(gòu)建小波包損傷特征向量譜，通過(guò)小波包損傷特征向量譜判斷擋土墻是否發(fā)生損傷；若擋墻發(fā)生損傷，通過(guò)損傷指標(biāo)分布圖診斷擋墻損傷位置；通過(guò)損傷指標(biāo)與損傷程度間的定量關(guān)系識(shí)別擋墻損傷程度。該方法靈敏度高、可靠性好、方便高效；可以敏感地判別擋墻是否損傷、有效診斷擋墻局部損傷位置以及識(shí)別擋墻損傷程度，并具有良好的魯棒性；而且該方法屬于無(wú)損檢測(cè)方法，不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成損壞。
【專利說(shuō)明】
一種用于擋土墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于擋土墻健康診斷技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于擋土墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷識(shí)別 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，關(guān)于土木工程結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的方法大都是針對(duì)梁、板、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，或是 針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式。而針對(duì)擋土墻這類巖土支擋結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法相 對(duì)較少。此外，已有的擋墻結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法大都是基于動(dòng)力參數(shù)法，但是對(duì)于擋墻結(jié)構(gòu)而 言，局部損傷對(duì)其動(dòng)力參數(shù)(如頻率、振型等）的影響很微弱。而且局部損傷往往對(duì)擋墻結(jié)構(gòu) 的高階振型影響較大，但是由于現(xiàn)有技術(shù)的限制，精確量測(cè)其固有參數(shù)的變化十分困難。
[0003] 因此，目前急需一種靈敏度高、可靠性好、方便高效的損傷識(shí)別方法用于診斷擋土 墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷。根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程:= 擋土墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在外界動(dòng)力 荷載激勵(lì)下，擋土墻會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力響應(yīng)(位移、速度、加速度）。擋土墻的局部損傷會(huì)導(dǎo)致?lián)跬?墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)剛度Κ的降低，因此在外界動(dòng)力荷載激勵(lì)下，擋土墻損傷前后的動(dòng)力響應(yīng)會(huì)發(fā)生 變化，因此通過(guò)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)變化來(lái)反映結(jié)構(gòu)損傷。然而直接基于動(dòng)力響應(yīng)的小波包頻帶 能量譜并不是擋墻結(jié)構(gòu)的固有動(dòng)力參數(shù)，它會(huì)隨著外界荷載變化而變化。但是基于兩點(diǎn)間 虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)的小波包頻帶能量譜則是擋墻結(jié)構(gòu)的固有參數(shù)，所以對(duì)虛擬脈沖響應(yīng)函 數(shù)進(jìn)行小波包分解可實(shí)現(xiàn)對(duì)擋墻的損傷識(shí)別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于擋土墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷識(shí)別方法，該 方法首先求解測(cè)點(diǎn)間虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)，然后結(jié)合小波包分析理論，對(duì)擋土墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)響 間虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)進(jìn)行小波包頻帶能量譜分析，基于小波包損傷特征向量譜和損傷 識(shí)別指標(biāo)，敏感判別擋墻損傷狀態(tài)、有效診斷擋墻損傷位置以及識(shí)別擋墻損傷程度。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0006] -種用于擋土墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷識(shí)別方法，該方法包括以下步驟：
[0007] S1:通過(guò)激勵(lì)裝置對(duì)擋土墻進(jìn)行連續(xù)激勵(lì)；
[0008] S2:通過(guò)傳感器采集擋土墻動(dòng)力響應(yīng)信號(hào)并傳送給信號(hào)采集系統(tǒng)；
[0009] S3:通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行處理，得到虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)；
[0010] S4:通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)進(jìn)行小波包分解；
[0011] S5:對(duì)小波包分解后的信號(hào)進(jìn)行小波包頻帶能量譜分析，建立小波包頻帶能量比 譜{Ic}，然后創(chuàng)建小波包特征頻帶向量譜{Ιρ +1};
[0012] S6:構(gòu)建小波包損傷特征向量譜{DIP+1}，通過(guò){DIP+1}判斷擋土墻是否發(fā)生損傷； [0013] S7:若擋墻發(fā)生損傷，通過(guò)損傷識(shí)別指標(biāo)分布圖診斷擋墻損傷位置；
[0014] S8:通過(guò)建立損傷識(shí)別指標(biāo)與損傷程度間的定量關(guān)系識(shí)別擋墻損傷程度。
[0015] 進(jìn)一步，在步驟S3中，所述通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，得到虛擬脈沖響 應(yīng)函數(shù)信號(hào)，具體包括：以參考點(diǎn)的動(dòng)力響應(yīng)作為虛擬激勵(lì)，測(cè)點(diǎn)的動(dòng)力響應(yīng)作為虛擬響 應(yīng)，然后計(jì)算虛擬激勵(lì)與虛擬響應(yīng)之間的虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)Hyu(t，i，j)。
[0016] 進(jìn)一步，在步驟S4中，所述通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)進(jìn)行小波包分解 具體包括:對(duì)最初無(wú)損的擋土墻和運(yùn)營(yíng)期擋土墻的虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)進(jìn)行多尺度小波 包分解，得到各個(gè)頻帶的系數(shù)，并進(jìn)行單支重構(gòu)，得到各個(gè)子頻帶動(dòng)力響應(yīng)信號(hào){fj}。
[0017] 進(jìn)一步，在步驟S5中，所述對(duì)小波包分解后的信號(hào)進(jìn)行小波包頻帶能量譜分析具 體包括以下步驟：
[0018] 1)計(jì)算子頻帶信號(hào)序列{fj}中各子頻帶上的能量Ej占總能量的百分比，得到小波 包初始頻帶能量比譜{I g};
[0019] 2)對(duì)初始頻帶能量比譜{Ig}按能量比由高到低進(jìn)行排序，得到一個(gè)新的頻帶能量 比譜序列:小波包頻帶能量比譜{Ic}，然后創(chuàng)建小波包特征頻帶向量譜{I P+1}。
[0020] 進(jìn)一步，在步驟S6中，具體包括以下步驟：
[0021] 1)在小波包特征頻帶向量譜基礎(chǔ)上，計(jì)算擋墻損傷前后第k個(gè)特征頻帶上的能量 比偏差DIk= | Iku-Ikd |，Iku和Ikd分別表示第k個(gè)特征頻帶的能量比，然后構(gòu)建小波包損傷特 征向量譜{DIp+i};
[0022] 2)當(dāng){Dim}為零向量時(shí)，擋墻沒(méi)有發(fā)生損傷；當(dāng){DIP+1}為非零向量時(shí)，擋墻發(fā)生損 傷;從而通過(guò)小波包損傷特征向量譜實(shí)現(xiàn)判別擋墻損傷狀態(tài)。
[0023] 進(jìn)一步，在步驟S7中，所述通過(guò)損傷識(shí)別指標(biāo)分布圖診斷擋墻損傷位置具體包括：
[0024] 1)定義損傷識(shí)別指標(biāo)= ，根據(jù)損傷指標(biāo)計(jì)算公式計(jì)算每個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 損傷指標(biāo)值；
[0025] 2)通過(guò)MATLAB程序?qū)⑷舾蓚€(gè)損傷指標(biāo)值繪制成一張損傷指標(biāo)分布圖，通過(guò)損傷指 標(biāo)分布圖的峰值坐標(biāo)可有效診斷擋墻損傷位置。
[0026] 進(jìn)一步，在步驟S8中，所述通過(guò)建立損傷識(shí)別指標(biāo)與損傷程度間的定量關(guān)系識(shí)別 擋墻損傷程度具體包括:已知局部損傷位置后，對(duì)局部損傷程度和損傷指標(biāo)值進(jìn)行Ν次多項(xiàng) 式擬合，擬合得到的損傷程度與損傷指標(biāo)間的定量關(guān)系可用于識(shí)別擋墻局部損傷程度。
[0027] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提供的方法靈敏度高、可靠性好、方便高效;該方 法基于小波包頻帶能量譜損傷識(shí)別理論，可以敏感地判別擋墻是否損傷、有效診斷擋墻局 部損傷位置以及識(shí)別擋墻損傷程度，并具有良好的魯棒性;而且該方法屬于無(wú)損檢測(cè)方法， 不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成損壞，屬于無(wú)損診斷方法范疇。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說(shuō)明：
[0029]圖1為本發(fā)明所述方法的原理框圖；
[0030]圖2為本發(fā)明所述方法的流程示意圖；
[0031]圖3為無(wú)損擋墻結(jié)構(gòu)小波包特征頻帶向量譜；
[0032]圖4為有損擋墻結(jié)構(gòu)小波包特征頻帶向量譜；
[0033]圖5為小波包特征頻帶向量譜；
[0034]圖6為小波包損傷特征向量譜；
[0035]圖7為損傷指標(biāo)分布圖；
[0036] 圖8為DE-IVC走勢(shì)圖（相關(guān)系數(shù)γ =0.968)。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0038]圖1為本發(fā)明所述方法的原理框圖，本方法針對(duì)擋土墻這類支擋結(jié)構(gòu)，分析擋土墻 在外界激勵(lì)作用下的動(dòng)力響應(yīng)，通過(guò)提取結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)間虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)，基于小波包 信號(hào)分析技術(shù)，創(chuàng)建小波包特征頻帶向量譜，然后構(gòu)建小波包損傷特征向量譜，通過(guò)損傷特 征向量譜判別擋土墻是否發(fā)生損傷;通過(guò)損傷識(shí)別指標(biāo)分布圖診斷擋墻損傷位置;通過(guò)建 立損傷程度與損傷指標(biāo)間的定量關(guān)系，識(shí)別擋墻損傷程度。該方法具有靈敏度高、可靠性 好、方便有效等特點(diǎn)，并且不會(huì)對(duì)擋土墻造成損壞。而且與同類的無(wú)損識(shí)別方法相比，該方 法能夠敏感判別擋墻是否發(fā)生損傷，而且能夠有效診斷擋墻局部損傷位置以及能夠較好地 識(shí)別局部損傷程度，這是優(yōu)于其他損傷識(shí)別方法的。對(duì)于各類擋土墻結(jié)構(gòu)，如懸臂式擋墻、 板肋式擋墻、粧板式擋墻、錨拉式擋墻、重力式擋墻等擋墻結(jié)構(gòu)，該方法都可適用。因此該方 法可廣泛用于各類巖土支擋結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別和健康監(jiān)測(cè)，在未來(lái)具有很大的應(yīng)用空間。
[0039] 圖2為本發(fā)明所述方法的流程示意圖，如圖所示，本發(fā)明提供的方法包括以下步 驟：
[0040] S1:通過(guò)激勵(lì)裝置對(duì)擋土墻進(jìn)行連續(xù)激勵(lì);S2:通過(guò)傳感器采集擋土墻動(dòng)力響應(yīng)信 號(hào)并傳送給信號(hào)采集系統(tǒng);S3:通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行處理，得到虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信 號(hào)；S4:通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)進(jìn)行小波包分解;S5:對(duì)小波包分解后的信號(hào) 進(jìn)行小波包頻帶能量譜分析，并創(chuàng)建小波包特征頻帶向量譜;S6:構(gòu)建小波包損傷特征向量 譜，通過(guò)小波包損傷特征向量譜判斷擋土墻是否發(fā)生損傷;S7:若擋墻發(fā)生損傷，通過(guò)損傷 指標(biāo)分布圖診斷擋墻損傷位置;S8:通過(guò)損傷指標(biāo)與損傷程度間的定量關(guān)系識(shí)別擋墻損傷 程度。
[0041] 其中：在步驟S3中，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，得到參考點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)間的虛擬 脈沖響應(yīng)函數(shù)HyU (t，i，j)，具體包括：
[0042] 對(duì)于一個(gè)多自由度動(dòng)力系統(tǒng)，參考點(diǎn)j的響應(yīng)(虛擬激勵(lì))Uj(t)的自譜密度Guu(c〇， j)為：
[0043] Guu(co，j)=U*(?，j).U(co，j) (1)
[0044] 式（1)中υ(ω，j)表示虛擬激勵(lì)Uj(t)的傅里葉變換，?Τ(ω，j)表示虛擬激勵(lì)Uj(t) 的復(fù)共輒。
[0045] 參考點(diǎn)j的響應(yīng)(虛擬激勵(lì))Uj(t)和測(cè)點(diǎn)i的動(dòng)力響應(yīng)(虛擬輸出)m(t)的互譜密度 Gyu( ω，i，j)為：
[0046] Gyu(? ,i,j)=U*(? ,j) . υ(ω ,i) (2)
[0047] 式(2)中U(co，i)表示響應(yīng)Ui(t)的傅里葉變換。
[0048] 根據(jù)激勵(lì)和響應(yīng)在頻域內(nèi)的關(guān)系，U( ω，j)和U( ω，i)可分別表示為：
[0049] υ(ω，j)=H(co，j)F(co) (3)
[0050] υ(ω ,?)=Η(ω ,i)F(〇) (4)
[0051 ]然后計(jì)算(虛擬激勵(lì))uj (t)和(虛擬響應(yīng))m (t)的頻率響應(yīng)函數(shù)Hyu( ω，i，j):
[0052]
(5)_
[0053] 對(duì)頻率響應(yīng)函數(shù)Hyu(c〇，i，j)進(jìn)行傅里葉逆變換，即可求得(虛擬激勵(lì))Uj(t)和(虛 擬響應(yīng))m (t)的虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)Hvu (t，i，.i):
[0054]
[0055] 在步驟S4中，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)進(jìn)行小波包分解，具體包括:對(duì) 最初無(wú)損的擋土墻和運(yùn)營(yíng)期擋土墻的虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)f進(jìn)行i層小波包分解，得到各 個(gè)頻帶的系數(shù)，再進(jìn)行單支重構(gòu)，得到各個(gè)子頻帶動(dòng)力響應(yīng)信號(hào)則f可表示為：
[0056]
[0057]式(7)中表示i層尺度空間上第j個(gè)子頻帶上的虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)分量。 [0058]在步驟S5中，對(duì)小波包處理后的信號(hào)進(jìn)行小波包頻帶能量譜分析，具體包括：
[0059] S51:首先計(jì)算{fj}中各子頻帶上的能量Ej:
[0060] Ej=X|fj,h|2 (h=l，2，L，l) (8)
[0061] 式(8)中，1為采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)。于是得到小波包初始頻帶能量譜{Ei}:
[0062] {￡,} = [￡, E2 A Ει Α Εβ (9)
[0063] 因?yàn)榻?jīng)過(guò)小波包分解得到的頻帶帶寬完全相同，所以還可以通過(guò)各個(gè)小波包子頻 帶信號(hào)能量&在總能量中所占的比例來(lái)反映損傷信息。即對(duì)任^進(jìn)行正則化處理，并定義能 量比Ij: (10)
[0064]
[0065] 于是，信號(hào){f]的小波包初始頻帶能量比譜{18}為：
[0066] [ij-t/, L A I. A Ij (ID
[0067] S52:對(duì)小波包初始頻帶能量比譜{Ig}按能量比由高到低進(jìn)行排序，得到一個(gè)新的 頻帶能量比序列一一小波包頻帶能量比譜{Ich
[0068] [Ij#, /:八 ?, Λ /2,f (12)
[0069] S53:由于受觀測(cè)噪聲的影響，并不是所有的頻帶都能反映損傷信息。因此，在小波 包頻帶能量比譜{Id基礎(chǔ)上，為了有效反映能量比在頻帶上的變化，引入一個(gè)閾值ε〇(取 0.85~0.95) ,#日伸εη滿圮下忒，
[0070]'(1.3..) ?=ι
[0071 ]通過(guò)ε〇可以確定{Ig}中前Ρ個(gè)能量較大的頻帶，這Ρ個(gè)頻帶上的能量比變化可用于 識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷。除此之外，{Id中剩余頻帶對(duì)損傷識(shí)別的貢獻(xiàn)也不容忽略。所以，除了這 前P個(gè)頻帶外，將{Id中剩余的頻帶合并成一個(gè)新的頻帶，稱之為剩余頻帶，并定義剩余頻 帶的能量比為：
[0072]
(14)
[0073]于是，倉(cāng)I」建小波包特征頻帶向量譜{Ιρ+ι}:
[0074] {Ιρ+ι} = [Ιι I2 Λ Ip Ιρ+ι]τ (15)
[0075] 式(15)中這(P+1)個(gè)能量比對(duì)應(yīng)的頻帶，就被稱為特征頻帶。
[0076] 如對(duì)一完好擋土墻的虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)進(jìn)行7層小波包變換，可以得到27 = 128個(gè)子頻帶。圖3為無(wú)損擋土墻結(jié)構(gòu)的特征頻帶向量譜；圖4為有損擋土墻結(jié)構(gòu)的特征頻帶 向量譜。
[0077] 當(dāng)擋土墻結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷時(shí)，損傷前后同一個(gè)特征頻帶的能量比會(huì)有差別。損傷使 某些特征頻帶能量比減小，或使得另外一些特征頻帶能量比增大，如圖5所示?？梢哉J(rèn)為結(jié) 構(gòu)無(wú)損時(shí)的虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)經(jīng)過(guò)小波包變換得到的第k個(gè)特征頻帶對(duì)應(yīng)的能量比I ku 代表一種平均水平，而有損結(jié)構(gòu)的虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)經(jīng)過(guò)小波包變換得到的第k個(gè)特 征頻帶對(duì)應(yīng)的能量比I kd圍繞I kU浮動(dòng)。
[0078]在步驟S6中，通過(guò)小波包損傷特征向量譜判斷擋土墻是否發(fā)生損傷，具體包括： [0079] S61:在小波包特征頻帶向量譜基礎(chǔ)上，計(jì)算擋墻損傷前后第k個(gè)特征頻帶上的能 量比偏差DIk:
[0080] DIk= |lku-Ikd (k=l,2, Λ ,Ρ,Ρ+1) (16)
[0081 ] Iku和Ikd分別表示擋墻損傷前后第k個(gè)特征頻帶的能量比，然后構(gòu)建小波包損傷特 征向量譜{DIp+i};
[0082] S62:當(dāng)損傷特征向量譜{DIP+1}等于零向量時(shí)，擋土墻結(jié)構(gòu)沒(méi)有損傷；當(dāng){DIP+1}S 非零向量時(shí)，擋土墻結(jié)構(gòu)存在損傷。圖6為小波包損傷特征向量譜，很明顯{DIP+1}S非零向 量，所以擋墻存在損傷。因此，通過(guò)小波包損傷特征向量譜可判別擋墻損傷狀態(tài)。
[0083] 在步驟S7中：若擋墻發(fā)生損傷，通過(guò)損傷指標(biāo)分布圖診斷擋墻損傷位置，具體包 括：
[0084] S71:定義損傷識(shí)別指標(biāo) ，根據(jù)損傷指標(biāo)計(jì)算公式計(jì)算每個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng) 的損傷指標(biāo)值；
[0085] S72:通過(guò)MATLAB程序?qū)⑷舾蓚€(gè)損傷指標(biāo)值繪制成一張損傷指標(biāo)分布圖，通過(guò)損傷 指標(biāo)分布圖的峰值坐標(biāo)可有效診斷擋墻損傷位置，如圖7所示。而且通過(guò)損傷指標(biāo)分布圖不 但可以診斷單一損傷，還可以診斷多處損傷。
[0086] 步驟S8:通過(guò)損傷指標(biāo)與損傷程度間的定量關(guān)系識(shí)別擋墻損傷程度，具體包括:已 知局部損傷位置后，對(duì)局部損傷程度DE和損傷指標(biāo)值進(jìn)行N次多項(xiàng)式擬合，擬合得到的損傷 程度DE與損傷指標(biāo)間的定量關(guān)系可用于識(shí)別擋墻局部損傷程度。擬合得到的定量關(guān)系如下 式所示：
[0087] DE = -16.7IVC5+76.2IVC4-124IVC3+82.6IVC 2-10IVC+0.01
[0088] 將上式得到的定量關(guān)系繪制成擬合曲線，并與數(shù)值曲線進(jìn)行比較，如圖8所示。圖8 中兩條曲線的相關(guān)系數(shù)為0.968,因此這兩條曲線高度線性相關(guān)，這表明經(jīng)過(guò)多項(xiàng)式擬合而 來(lái)的定量關(guān)系式能很好地表征損傷程度與損傷指標(biāo)間的定量關(guān)系。當(dāng)損傷程度與損傷識(shí)別 指標(biāo)定量關(guān)系已知時(shí)，通過(guò)損傷識(shí)別指標(biāo)就可以反算出損傷程度DE。因此，通過(guò)該定量關(guān)系 式可實(shí)現(xiàn)對(duì)擋土墻局部損傷程度的定量識(shí)別。此外，通過(guò)該定量關(guān)系式還可預(yù)測(cè)損傷的發(fā) 展趨勢(shì)
[0089]最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通 過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在 形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于擋土墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷識(shí)別方法，其特征在于:該方法包括以下步驟： S1:通過(guò)激勵(lì)裝置對(duì)擋土墻進(jìn)行連續(xù)激勵(lì)； S2:通過(guò)傳感器采集擋土墻動(dòng)力響應(yīng)信號(hào)并傳送給信號(hào)采集系統(tǒng)； S3:通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行處理，得到虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)； S4:通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)進(jìn)行小波包分解； S5:對(duì)小波包分解后的信號(hào)進(jìn)行小波包頻帶能量譜分析，建立小波包頻帶能量比譜 {Ic}，然后創(chuàng)建小波包特征頻帶向量譜{IP+1}; S6:構(gòu)建小波包損傷特征向量譜{Dim }，通過(guò){Dim}判斷擋土墻是否發(fā)生損傷； S7:若擋墻發(fā)生損傷，通過(guò)損傷識(shí)別指標(biāo)分布圖診斷擋墻損傷位置； S8:通過(guò)建立損傷識(shí)別指標(biāo)與損傷程度間的定量關(guān)系識(shí)別擋墻損傷程度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于擋土墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷識(shí)別方法，其特征在于:在步 驟S3中，所述通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，得到虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)，具體包 括：以參考點(diǎn)的動(dòng)力響應(yīng)作為虛擬激勵(lì)，測(cè)點(diǎn)的動(dòng)力響應(yīng)作為虛擬響應(yīng)，然后計(jì)算虛擬激勵(lì) 與虛擬響應(yīng)之間的虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)H yu (t，i，j)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于擋土墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷識(shí)別方法，其特征在于:在步 驟S4中，所述通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)進(jìn)行小波包分解具體包括:對(duì)最初無(wú)損 的擋土墻和運(yùn)營(yíng)期擋土墻的虛擬脈沖響應(yīng)函數(shù)信號(hào)進(jìn)行多尺度小波包分解，得到各個(gè)頻帶 的系數(shù)，并進(jìn)行單支重構(gòu)，得到各個(gè)子頻帶動(dòng)力響應(yīng)信號(hào){fj}。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于擋土墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷識(shí)別方法，其特征在于:在步 驟S5中，所述對(duì)小波包分解后的信號(hào)進(jìn)行小波包頻帶能量譜分析具體包括以下步驟： 1) 計(jì)算子頻帶信號(hào)序列{fd中各子頻帶上的能量^占總能量的百分比，得到小波包初 始頻帶能量比譜{Ig} ; 2) 對(duì)初始頻帶能量比譜{Ig}按能量比由高到低進(jìn)行排序，得到一個(gè)新的頻帶能量比譜 序列:小波包頻帶能量比譜{Ic}，然后創(chuàng)建小波包特征頻帶向量譜{I P+1}。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于擋土墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷識(shí)別方法，其特征在于:在步 驟S6中，具體包括以下步驟： 1) 在小波包特征頻帶向量譜基礎(chǔ)上，計(jì)算擋墻損傷前后第k個(gè)特征頻帶上的能量比偏 差DIk= | Iku-Ikd|，Iku和Ikd分別表示第k個(gè)特征頻帶的能量比，然后構(gòu)建小波包損傷特征向 量譜{DI P+1}; 2) 當(dāng){DIP+1}為零向量時(shí)，擋墻沒(méi)有發(fā)生損傷；當(dāng){DIP+1}為非零向量時(shí)，擋墻發(fā)生損傷； 從而通過(guò)小波包損傷特征向量譜實(shí)現(xiàn)判別擋墻損傷狀態(tài)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于擋土墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷識(shí)別方法，其特征在于:在步 驟S7中，所述通過(guò)損傷識(shí)別指標(biāo)分布圖診斷擋墻損傷位置具體包括： 1) 定義損傷識(shí)別指#，根據(jù)損傷指標(biāo)計(jì)算公式計(jì)算每個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的損傷 指標(biāo)值； 2) 通過(guò)MATLAB程序?qū)⑷舾蓚€(gè)損傷指標(biāo)值繪制成一張損傷指標(biāo)分布圖，通過(guò)損傷指標(biāo)分 布圖的峰值坐標(biāo)可有效診斷擋墻損傷位置。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于擋土墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷識(shí)別方法，其特征在于:在步 驟S8中，所述通過(guò)建立損傷識(shí)別指標(biāo)與損傷程度間的定量關(guān)系識(shí)別擋墻損傷程度具體包 括:已知局部損傷位置后，對(duì)局部損傷程度和損傷指標(biāo)值進(jìn)行N次多項(xiàng)式擬合，擬合得到的 損傷程度與損傷指標(biāo)間的定量關(guān)系可用于識(shí)別擋墻局部損傷程度。
【文檔編號(hào)】E02D33/00GK105862935SQ201610224617
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月12日
【發(fā)明人】徐乾, 張科強(qiáng), 閆杰, 郭光玲, 張波
【申請(qǐng)人】陜西理工學(xué)院