本發(fā)明涉及建筑鋼結(jié)構(gòu)可持續(xù)設(shè)計領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種基于力學性能量化的廢舊鋼構(gòu)件復(fù)用性能評估方法。

背景技術(shù)：

1、長期服役鋼結(jié)構(gòu)的可拆卸和可復(fù)用性研究具有非常重要的意義。鋼材的重復(fù)利用能夠有效解決大氣污染問題并降低碳排放，同時能為工程項目管理帶來顯著的經(jīng)濟效益。

2、然而，拆卸鋼構(gòu)件的可復(fù)用性評估缺乏可靠且實用的常規(guī)方法。拆卸鋼構(gòu)件具有幾何缺陷顯著、材性性能復(fù)雜、初始應(yīng)力狀態(tài)未知的特點，這些因素使得通過單一方法評估其可復(fù)用性往往是不可靠的，需要依托綜合分析方法給定構(gòu)件的復(fù)用性能。此外，性能評估方法由工程管理人員實操，方法的可實施性和適用性也是重要挑戰(zhàn)。因此，集成多種檢測與數(shù)據(jù)分析技術(shù)，提出一種既能準確評估并量化廢舊鋼構(gòu)件可復(fù)用性能，又能簡化項目管理人員實際操作的綜合評估方法，對于建設(shè)項目的可持續(xù)性和經(jīng)濟性具有十分重要的意義。

3、鑒于此，本發(fā)明提供一種基于力學性能量化的廢舊鋼構(gòu)件復(fù)用性能評估方法，以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出一種基于力學性能量化的廢舊鋼構(gòu)件復(fù)用性能評估方法，以多技術(shù)集成為方法框架，從幾何缺陷、振動響應(yīng)和鋼材性能參數(shù)來量化所評估構(gòu)件的性能參數(shù)，并根據(jù)預(yù)定義的分級指南實現(xiàn)構(gòu)件的可復(fù)用性評估。

2、第一方面，本發(fā)明提供包括一種基于力學性能量化的廢舊鋼構(gòu)件復(fù)用性能評估方法，包括以下步驟：

3、s1：開發(fā)基于實測性能參數(shù)的目標構(gòu)件可復(fù)用性評估系統(tǒng)；

4、在完成評估系統(tǒng)的開發(fā)后，操作人員可通過對目標構(gòu)件進行試驗獲取性能參數(shù)，并最終利用所開發(fā)系統(tǒng)完成構(gòu)件的可復(fù)用性評估，具體步驟如下：

5、s2：以三維掃描設(shè)備獲取待評估目標構(gòu)件的幾何構(gòu)型；

6、s3：以模態(tài)試驗裝置測定待評估構(gòu)件于特定激勵下振動響應(yīng)；

7、s4：以材性檢測技術(shù)獲取待評估鋼構(gòu)件強度信息；

8、s5：所開發(fā)系統(tǒng)綜合實測性能參數(shù)評估廢舊鋼構(gòu)件可復(fù)用性分級，所述實測性能參數(shù)包括幾何缺陷、自振特性與損傷因子和材性強度。

9、作為本發(fā)明第一方面的一種優(yōu)選技術(shù)方案，評估系統(tǒng)開發(fā)需要及其對應(yīng)流程，包括以下步驟：

10、步驟s11：基于三維重構(gòu)技術(shù)創(chuàng)建量化構(gòu)型偏差的幾何缺陷提取模塊；

11、步驟s12：基于振動響應(yīng)信號分析創(chuàng)建自振特性和損傷因子識別的功能模塊；

12、步驟s13：創(chuàng)建面向材性無損檢測試驗結(jié)果分析的鋼材強度量化模塊；

13、步驟s14：基于敏感性分析和綜合評估方法創(chuàng)建可復(fù)用性評級模塊。

14、作為本發(fā)明第一方面的一種優(yōu)選技術(shù)方案，幾何缺陷提取模塊開發(fā)時以鋼構(gòu)件截面偏差[δx,δy,δz,θ]作為待提取的缺陷指標，δx,δy,δz表示截面質(zhì)心的坐標偏移量，θ表示截面扭轉(zhuǎn)角，所述截面扭轉(zhuǎn)角為構(gòu)件沿梁長方向各截面相對于端部的扭轉(zhuǎn)角。

15、作為本發(fā)明第一方面的一種優(yōu)選技術(shù)方案，目標構(gòu)件的幾何缺陷的評估邏輯：

16、對待評估的目標構(gòu)件執(zhí)行高精度三維點云掃描，獲取其精確幾何外形；

17、將掃描所得幾何構(gòu)型輸入構(gòu)件可復(fù)用性評估系統(tǒng)，

18、自動調(diào)用幾何缺陷提取模塊的系統(tǒng)功能完成幾何缺陷指標的量化

19、利用幾何缺陷提取模塊的隨機采樣一致性算法對掃描結(jié)果進行降噪，利用泊松表面重建算法實現(xiàn)點云的幾何重構(gòu)；

20、利用該模塊的幾何構(gòu)型對比算法生成構(gòu)件的幾何偏差分布，并進一步地通過最近鄰搜索算法計算構(gòu)件的幾何缺陷指標；

21、自動計算每個子截面點云所組成封閉形狀的面積，與標準截面面積進行對比，計算構(gòu)件的截面折減系數(shù)。

22、作為本發(fā)明第一方面的一種優(yōu)選技術(shù)方案，振動響應(yīng)信號的分析邏輯：

23、將鋼構(gòu)件通過夾具進行固定，根據(jù)構(gòu)件尺寸確定加速度測點位置，將加速度傳感器安裝在相應(yīng)測點上，執(zhí)行模態(tài)試驗并記錄振動響應(yīng)；

24、將實測振動響應(yīng)輸入評估系統(tǒng)，自動調(diào)用自振特性與損傷因子識別模塊的系統(tǒng)功能獲取性能指標。

25、以模態(tài)分析算法識別實測信號的模態(tài)參數(shù)，并進一步地通過自振特性分析算法確定構(gòu)件的基本周期和頻響函數(shù)；

26、將實測振動響應(yīng)和頻響函數(shù)聯(lián)合輸入該模塊的損傷識別循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，確定構(gòu)件不可直接觀察的損傷因子。

27、作為本發(fā)明第一方面的一種優(yōu)選技術(shù)方案，鋼材強度量化模塊包括強度試驗結(jié)果處理算法；

28、以壓痕法確定鋼材屈服強度，以里氏硬度法確定鋼材極限強度；

29、根據(jù)構(gòu)件尺寸選擇合適壓頭，可以記錄荷載的壓入裝置將壓頭壓入構(gòu)件指定位置，卸載后測量壓入深度，重復(fù)上述試驗步驟并記錄實測數(shù)據(jù)；將實測數(shù)據(jù)導(dǎo)入評估系統(tǒng)，自動調(diào)用鋼材強度量化模塊的分析算法確定鋼材屈服強度；

30、校準里氏硬度計，將沖擊裝置垂直放置在鋼材待測表面上，確保沖擊頭與表面完全接觸，激活沖擊裝置執(zhí)行撞擊，讀取沖擊頭的沖擊速度和回彈速度，重復(fù)上述實驗步驟并記錄實測數(shù)據(jù)；將實測數(shù)據(jù)導(dǎo)入評估系統(tǒng)，系統(tǒng)將自動調(diào)用鋼材強度量化模塊的分析算法確定鋼材極限強度。

31、作為本發(fā)明第一方面的一種優(yōu)選技術(shù)方案，通過評估系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的系統(tǒng)功能完成對實測性能參數(shù)的處理和分析：

32、以幾何缺陷提取模塊從三維掃描構(gòu)型中獲悉構(gòu)件的缺陷指標[δx,δy,δz,θ]的數(shù)值；以信號處理算法從實測振動響應(yīng)中獲取模態(tài)參數(shù)并分析出目標構(gòu)件的自振特性與損傷因子；以鋼材強度量化模塊將實測參數(shù)換算為鋼材屈服強度與極限強度；

33、匯總所有實測性能參數(shù)并輸入系統(tǒng)的可復(fù)用性評級模塊，系統(tǒng)利用分級指南自動評估鋼構(gòu)件的可復(fù)用性水平；根據(jù)評估的可復(fù)用水平，系統(tǒng)終端自動判斷該廢舊鋼構(gòu)件是否可復(fù)用并形成相應(yīng)指令。

34、第二方面，本發(fā)明提供一種基于力學性能量化的廢舊鋼構(gòu)件復(fù)用性能評估系統(tǒng)，基于第一方面的實現(xiàn)，所述評估系統(tǒng)包括幾何缺陷提取模塊、自振特性與損傷因子識別模塊、鋼材強度量化模塊和可復(fù)用性評級模塊；

35、幾何缺陷提取模塊，通過量化幾何缺陷的算法分析目標構(gòu)件的幾何構(gòu)件信息確定目標構(gòu)件的幾何缺陷；

36、自振特性與損傷因子識別模塊，基于實測振動響應(yīng)信號提取待識別的自振特性信息和損傷因子；

37、鋼材強度量化模塊，根據(jù)面向材性無損檢測試驗結(jié)果分析目標構(gòu)件的材性強度；

38、可復(fù)用性評級模塊，基于目標構(gòu)件性能分析數(shù)據(jù)庫構(gòu)建損傷評級指南，將幾何缺陷、自振特性與損傷因子和材性強度作為實測性能參數(shù)，通過實測性能參數(shù)通過損傷評級指南進行分析確定構(gòu)件可復(fù)用性評級。

39、第三方面，本發(fā)明提供一種用于評估廢舊鋼構(gòu)件復(fù)用性能的試驗裝置，基于第一方面的實現(xiàn)，包括夾持固定裝置、模態(tài)試驗裝置和數(shù)據(jù)處理終端；

40、夾持固定裝置，包括上夾持板和下夾持板，上夾持板底部設(shè)置有頂層墊板和上夾持板滑道，下夾持板底部設(shè)置有底層墊板和下夾持板滑道，上夾持板滑道和下夾持板滑道之間夾持固定有目標構(gòu)件；

41、模態(tài)試驗裝置，包括設(shè)置在目標構(gòu)件上的加速度傳感器，在加速度傳感器通過振動響應(yīng)信號采集儀采集振動響應(yīng)信號，并通過信號發(fā)生器、信號放大器和激振器發(fā)出激勵信號。在狀態(tài)下，目標構(gòu)件被執(zhí)行三維掃描和材性檢測；

42、將檢測到的實測性能參數(shù)通過數(shù)據(jù)處理終端進行構(gòu)件可復(fù)用性評級分析。

43、第四方面，本發(fā)明提供一種電子設(shè)備，包括：

44、至少一個處理器；以及，

45、與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個處理器執(zhí)行，以使所述至少一個處理器能夠執(zhí)行第二方面。

46、本發(fā)明的具體優(yōu)勢如下：

47、1.本發(fā)明基于多項實測性能參數(shù)具有更可靠的評估結(jié)論，能為既有鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件回收提供有力的依據(jù)和可靠的服務(wù)；

48、2.目標構(gòu)件可復(fù)用性評估系統(tǒng)具有功能高度集成和通用性特點，操作人員僅需根據(jù)方法說明對待評估構(gòu)件執(zhí)行幾何掃描、模態(tài)試驗和材性檢測便可應(yīng)用本發(fā)明提出的方法；

49、3.對目標構(gòu)件的試驗均為無損檢測，不會對其力學性能造成影響，提高了構(gòu)件的回收率；

50、4.以可復(fù)用性能評估實現(xiàn)目標構(gòu)件的重復(fù)利用，不僅滿足了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的可持續(xù)性要求，更為既有鋼結(jié)構(gòu)拆建提供了新思路。