一種桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)損傷檢測系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】一種桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)損傷檢測系統(tǒng)及其方法，屬于結(jié)構(gòu)檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征是，該系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和決策模塊；其中關(guān)鍵技術(shù)是其數(shù)據(jù)分析模塊中所發(fā)明的基于應(yīng)變信號(hào)的桁架節(jié)點(diǎn)損傷定位的急動(dòng)度能量波形平均歸一化曲率差法。該法用于桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)損傷的定期檢測，節(jié)點(diǎn)損傷是桁架結(jié)構(gòu)最常見的損傷類型，也是危害桁架結(jié)構(gòu)安全的罪魁禍?zhǔn)?；本發(fā)明具有計(jì)算速度快、成本低廉、不需要建立結(jié)構(gòu)的有限元模型、抗噪聲性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；在工程應(yīng)用中對(duì)桁架節(jié)點(diǎn)的安全服役有積極意義。
【專利說明】一種桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)損傷檢測系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于基于振動(dòng)的結(jié)構(gòu)損傷檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及到桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的損傷定位，具體地說是發(fā)明了一個(gè)用于桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)定期檢測的損傷定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]基于振動(dòng)的結(jié)構(gòu)損傷檢測技術(shù)是一種采用整體法的損傷檢測技術(shù)，在工程結(jié)構(gòu)安全檢測中有著廣闊的應(yīng)用前景。基于振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)時(shí)域分析的結(jié)構(gòu)損傷檢測方法是其中一個(gè)重要的分支，這類方法直接分析結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)時(shí)間序列，不需要基于振動(dòng)數(shù)據(jù)識(shí)別模態(tài)參數(shù)，也避免了模態(tài)參數(shù)識(shí)別等中間過程中的不確定性對(duì)損傷定位結(jié)果的影響?；谡駝?dòng)的損傷檢測方法中最關(guān)鍵的是用振動(dòng)信息構(gòu)建損傷指標(biāo)，鑒于許多結(jié)構(gòu)損傷定位方法采用了基于能量的指標(biāo)來檢測損傷，并且這些基于各種“能量”的損傷定位方法都取得了較好的效果；本發(fā)明提出了基于應(yīng)變信號(hào)的急動(dòng)度能量波形的平均歸一化曲率差法。應(yīng)變信號(hào)可以通過應(yīng)變片或光纖光柵應(yīng)變傳感器來獲得，其中光纖光柵應(yīng)變傳感器具有重量輕、超纖細(xì)、傳輸損耗低、化學(xué)穩(wěn)定性和抗電磁干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)低應(yīng)變水平、高頻率范圍、支持波分復(fù)用等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]桁架結(jié)構(gòu)(網(wǎng)架結(jié)構(gòu))是廣泛用在各類工業(yè)結(jié)構(gòu)和工程結(jié)構(gòu)中的常見結(jié)構(gòu)類型，許多桁架結(jié)構(gòu)如鋼桁橋結(jié)構(gòu)常在極端的環(huán)境中工作，節(jié)點(diǎn)損傷(例如焊接失效、螺栓松動(dòng))是鋼桁架結(jié)構(gòu)的主要病害。已有文獻(xiàn)表明，許多鋼結(jié)構(gòu)的破壞是由低質(zhì)量的焊接所造成的，焊接殘余應(yīng)力和焊接缺陷等在鋼橋的脆性斷裂事故中有十分明顯的作用，損傷的節(jié)點(diǎn)大大降低了結(jié)構(gòu)的地震抵抗力；同時(shí)，在役鋼桁結(jié)構(gòu)中一些高強(qiáng)螺栓松動(dòng)甚至脫落的可能性也很大。桁架節(jié)點(diǎn)是對(duì)桁架結(jié)構(gòu)整體安全最重要的組成部分，節(jié)點(diǎn)的安全是整個(gè)桁架結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵；一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)失效，其周邊的桁架桿和節(jié)點(diǎn)失效的可能性便會(huì)隨之增加，進(jìn)而引發(fā)結(jié)構(gòu)失效甚至災(zāi)難。例如，文獻(xiàn)指出韓國Seongsu大橋的結(jié)構(gòu)失效是由于鋼桁架的焊接不當(dāng)引起的。若存在一個(gè)有效的方法及時(shí)檢測鋼桁架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，以便及早發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的微小變化，許多災(zāi)難或許可以避免。因此，研究適用于桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的損傷定位方法意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了及時(shí)掌握桁架結(jié)構(gòu)中桁架節(jié)點(diǎn)的服役狀態(tài)，發(fā)明提供了一種桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)損傷檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和決策模塊三個(gè)部分；
[0005]其中數(shù)據(jù)采集模塊采集位于桁架結(jié)構(gòu)待測子結(jié)構(gòu)中所有桿件上測點(diǎn)的應(yīng)變響應(yīng)信號(hào)并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中；
[0006]數(shù)據(jù)分析模塊將采集到的所有桁架結(jié)構(gòu)中桿件上測點(diǎn)的應(yīng)變信號(hào)基于提出的桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)損傷定位的急動(dòng)度能量波形的平均歸一化曲率差法進(jìn)行計(jì)算并給出損傷定位結(jié)果;
[0007]決策模塊根據(jù)數(shù)據(jù)分析模塊的計(jì)算結(jié)果，首先顯示是否有異常測點(diǎn)以及異常測點(diǎn)的位置，若無異常測點(diǎn)，則所有桁架節(jié)點(diǎn)均安全；若有異常測點(diǎn)，則異常測點(diǎn)所在桁架桿兩端的桁架節(jié)點(diǎn)連接處必有損傷；再使用物理無損檢測方法對(duì)異常測點(diǎn)所在桁架桿兩端的桁架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢測確定損傷發(fā)生在一端還是兩端均有，最后對(duì)損傷處進(jìn)行維修。
[0008]桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)損傷檢測系統(tǒng)的檢測步驟如下:
[0009]步驟一:將待測桁架結(jié)構(gòu)劃分為若干個(gè)相鄰的區(qū)間，每個(gè)區(qū)間稱為一個(gè)子結(jié)構(gòu)，按照順序從桁架結(jié)構(gòu)的一端開始逐個(gè)進(jìn)行檢測至另一端；
[0010]步驟二、測點(diǎn)布置:將待測桁架子結(jié)構(gòu)中每個(gè)桁架桿的中點(diǎn)處外側(cè)布置一個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)，可以使用光纖光柵傳感器或者應(yīng)變片測試應(yīng)變；
[0011]步驟三、數(shù)據(jù)采集:在數(shù)據(jù)采集模塊中，用小錘激勵(lì)待測桁架子結(jié)構(gòu)旁某桁架節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)變采集設(shè)備采集待測子結(jié)構(gòu)中各個(gè)桁架桿測點(diǎn)處的應(yīng)變信號(hào)，并將桁架桿測點(diǎn)的應(yīng)變信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)中；
[0012]步驟四:數(shù)據(jù)分析:在數(shù)據(jù)分析模塊中計(jì)算各測點(diǎn)處信號(hào)的急動(dòng)度能量JE的值:將待測子結(jié)構(gòu)中桁架桿分別編號(hào)為桁架桿1、2、3……M，假設(shè)桁架桿k上測點(diǎn)的應(yīng)變時(shí)間序列(應(yīng)變信號(hào)X)的各散點(diǎn)為X1, X2,...xN,則定義桁架桿k測點(diǎn)處應(yīng)變信號(hào)的急動(dòng)度能量JE如下
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)損傷檢測系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和決策模塊三個(gè)部分； 其中數(shù)據(jù)采集模塊采集位于桁架結(jié)構(gòu)待測子結(jié)構(gòu)中所有桿件上測點(diǎn)的應(yīng)變響應(yīng)信號(hào)并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中； 數(shù)據(jù)分析模塊將采集到的所有桁架結(jié)構(gòu)中桿件上測點(diǎn)的應(yīng)變信號(hào)基于提出的桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)損傷定位的急動(dòng)度能量波形的平均歸一化曲率差法進(jìn)行計(jì)算并給出損傷定位結(jié)果; 決策模塊根據(jù)數(shù)據(jù)分析模塊的計(jì)算結(jié)果，首先顯示是否有異常測點(diǎn)以及異常測點(diǎn)的位置，若無異常測點(diǎn)，則所有桁架節(jié)點(diǎn)均安全；若有異常測點(diǎn)，則異常測點(diǎn)所在桁架桿兩端的桁架節(jié)點(diǎn)連接處必有損傷；再使用物理無損檢測方法對(duì)異常測點(diǎn)所在桁架桿兩端的桁架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢測確定損傷發(fā)生在一端還是兩端均有，最后對(duì)損傷處進(jìn)行維修。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)損傷檢測系統(tǒng)，其特征在于檢測步驟如下: 步驟一:將待測桁架結(jié)構(gòu)劃分為若干個(gè)相鄰的區(qū)間，每個(gè)區(qū)間稱為一個(gè)子結(jié)構(gòu)，按照順序從桁架結(jié)構(gòu)的一端開始逐個(gè)進(jìn)行檢測至另一端； 步驟二、測點(diǎn)布置:將待測桁架子結(jié)構(gòu)中每個(gè)桁架桿的中點(diǎn)處外側(cè)布置一個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)，可以使用光纖光柵傳感器或者應(yīng)變片測試應(yīng)變； 步驟三、數(shù)據(jù)采集:在數(shù)據(jù)采集模塊中，用小錘激勵(lì)待測桁架子結(jié)構(gòu)旁某桁架節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)變采集設(shè)備采集待測子結(jié)構(gòu)中各個(gè)桁架桿測點(diǎn)處的應(yīng)變信號(hào)，并將桁架桿測點(diǎn)的應(yīng)變信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)中； 步驟四:數(shù)據(jù)分析:在數(shù)據(jù)分析模塊中計(jì)算各測點(diǎn)處信號(hào)的急動(dòng)度能量JE的值:將待測子結(jié)構(gòu)中桁架桿分別編號(hào)為桁架桿1、2、3……M，假設(shè)桁架桿k上測點(diǎn)的應(yīng)變時(shí)間序列(應(yīng)變信號(hào)X)的各散點(diǎn)為X1, X2,...xN,則定義桁架桿k測點(diǎn)處應(yīng)變信號(hào)的急動(dòng)度能量JE如下
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)損傷檢測系統(tǒng)及其方法，其特征在于，該系統(tǒng)及方法同樣適用于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的損傷檢測，具體操作方法與桁架結(jié)構(gòu)相同。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK103940903SQ201410143138
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】安永輝, 歐進(jìn)萍 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)