專利名稱：一種建筑結(jié)構(gòu)物抗風(fēng)安全性能的評價方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑結(jié)構(gòu)物抗風(fēng)安全性能的評價方法。
背景技術(shù)：
在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算和抗災(zāi)防災(zāi)規(guī)劃中，對于高、大、細(xì)、長等高聳建筑結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載是重要的、決定性的外界荷載，最易引起工程結(jié)構(gòu)損傷甚至破壞，處理不當(dāng)會造成工程結(jié)構(gòu)損傷和破壞，給人民生命、財產(chǎn)帶來重大的損失，土木工程結(jié)構(gòu)的損壞和倒塌是風(fēng)災(zāi)損失的主要部分。對建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)安全性能進(jìn)行計算評價是保證其抗風(fēng)安全的前提基礎(chǔ)性工作?，F(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)物抗風(fēng)安全性能的評價方法技術(shù)方案為①直接根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙或現(xiàn)場實測的結(jié)構(gòu)尺寸，建立簡化的力學(xué)計算模型或有限元計算模型；②采用步驟①所直接建立的建筑物結(jié)構(gòu)計算模型，依據(jù)《GB 50135-2006高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中結(jié)構(gòu)抗風(fēng)的相關(guān)規(guī)定，計算和評價建筑物結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)安全性能?，F(xiàn)有的技術(shù)方案“直接根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙或現(xiàn)場實測的結(jié)構(gòu)尺寸，建立簡化的力學(xué)計算模型或有限元計算模型”，然而該直接建立的計算模型通常不能真實的反映建筑物結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。因為建立該計算模型的過程中，忽略了非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響，而且結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能參數(shù)的選用與實際參數(shù)之間存在偏差。也就是說直接建立的計算模型與能夠真實反映結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的計算模型之間存在偏差，采用存在偏差的建筑物結(jié)構(gòu)計算模型進(jìn)行抗風(fēng)安全性能計算評價，所得到的評價結(jié)果將會是存在偏差甚至是錯誤的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種更能反映建筑物結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，由此得到無偏差的、 符合實際的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)安全性能計算評價結(jié)果。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種建筑結(jié)構(gòu)物抗風(fēng)安全性能的評價方法，在外界環(huán)境振動激勵作用下，測量建筑物的振動響應(yīng)信息，得到建筑物在外界環(huán)境振動激勵條件下的動態(tài)響應(yīng)時程數(shù)據(jù)，分析、處理所得到的動態(tài)響應(yīng)時程數(shù)據(jù)，得到建筑物的現(xiàn)場測試采集的動力性能參數(shù)，所述振動響應(yīng)信息、動態(tài)響應(yīng)時程數(shù)據(jù)均指加速度和/ 或速度和/或位移數(shù)據(jù)，動力性能參數(shù)指模態(tài)頻率以及模態(tài)振型；
根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙或現(xiàn)場實測的結(jié)構(gòu)尺寸，建立帶有參數(shù)的建筑物結(jié)構(gòu)計算模型，由建筑物結(jié)構(gòu)計算模型計算得到建筑物的動力性能參數(shù)；
判斷建筑物的現(xiàn)場測試采集的動力性能參數(shù)與由上述建筑物結(jié)構(gòu)計算模型計算得到建筑物的動力性能參數(shù)是否一致，如果一致，可通過上述建筑物結(jié)構(gòu)計算模型，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)中結(jié)構(gòu)抗風(fēng)的規(guī)定，計算和評價建筑物結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)安全性能；
如果不一致，則修正建筑物結(jié)構(gòu)計算模型中的參數(shù)，該參數(shù)指建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸和/或構(gòu)件材料的力學(xué)性能參數(shù)和/或計算模型的邊界條件、約束條件，使得采用修正參數(shù)后的修正計算模型，計算得到的建筑物動力性能參數(shù)與在外界環(huán)境振動激勵作用下建筑物動力性能參數(shù)一致；
采用修正參數(shù)后的修正計算模型，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)中結(jié)構(gòu)抗風(fēng)的規(guī)定，計算和評價建筑物結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)安全性能。建筑物在外界環(huán)境振動激勵條件下的動態(tài)響應(yīng)時程數(shù)據(jù)，采用結(jié)構(gòu)振動動態(tài)響應(yīng)計算機(jī)測試系統(tǒng)測量并獲得，先將結(jié)構(gòu)振動動態(tài)響應(yīng)計算機(jī)測試系統(tǒng)的加速度傳感器和/ 或拾振器安裝在外界環(huán)境振動激勵條件下的建筑物上，并將測得的動態(tài)響應(yīng)時程數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲到結(jié)構(gòu)振動動態(tài)響應(yīng)計算機(jī)測試系統(tǒng)的計算機(jī)上。所述加速度傳感器和/或拾振器安裝在建筑物上對結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)最大的結(jié)構(gòu)部位處。建筑物在外界環(huán)境振動激勵條件下的動態(tài)響應(yīng)時程數(shù)據(jù)采用隨機(jī)子空間方法，分析處理得到建筑物的動力性能參數(shù)。所述建筑物結(jié)構(gòu)計算模型為帶有參數(shù)的力學(xué)計算模型或者為有限元計算模型。所述外界環(huán)境振動激勵作用為自然環(huán)境下的振動激勵作用。本發(fā)明的技術(shù)方案，首先對建筑物進(jìn)行現(xiàn)場動力性能測試、分析，依據(jù)實測、分析得到的建筑物結(jié)構(gòu)動力性能參數(shù)，修正調(diào)整直接建立的計算模型的參數(shù)，使之根據(jù)修正后模型計算的動力性能參數(shù)與現(xiàn)場實測、分析得到的一致。該修正后的計算模型與實際建筑物結(jié)構(gòu)有著一致的動力性能參數(shù)，更加真實的反映了建筑物的結(jié)構(gòu)實際狀況。因此，采用該修正后的計算模型，計算、評價建筑物結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)安全性能是更加符合建筑物結(jié)構(gòu)實際的， 是無偏差的。解決了傳統(tǒng)的建筑物抗風(fēng)安全性能計算、評價中，直接根據(jù)圖紙或現(xiàn)場實測結(jié)構(gòu)尺寸建立有限元計算模型，而導(dǎo)致的建筑物結(jié)構(gòu)抗風(fēng)安全性能計算、評價結(jié)果偏差的問題，更能反映建筑物結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，由此得到無偏差的、符合實際的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)安全性能計算評價結(jié)果。


圖1是本發(fā)明評價方法的流程圖。
具體實施例方式由圖1所示的一種建筑結(jié)構(gòu)物抗風(fēng)安全性能的評價方法，包括如下步驟
①在外界環(huán)境振動激勵作用下，即在自然環(huán)境的振動激勵作用下，建筑物始終處于振動狀態(tài)中，通過結(jié)構(gòu)振動動態(tài)響應(yīng)計算機(jī)測試系統(tǒng)測量建筑物的振動響應(yīng)信息，并得到建筑物在外界自然環(huán)境振動激勵條件下的現(xiàn)場測試采集的動態(tài)響應(yīng)時程數(shù)據(jù)，所述振動響應(yīng)信息、動態(tài)響應(yīng)時程數(shù)據(jù)均指加速度或速度、位移數(shù)據(jù)；
采用隨機(jī)子空間方法，分析處理上述現(xiàn)場測試采集的動態(tài)響應(yīng)(加速度或速度、位移) 時程數(shù)據(jù)，得到建筑物的現(xiàn)場測試采集的動力性能參數(shù)；動力性能參數(shù)指模態(tài)頻率以及模態(tài)振型；
所述結(jié)構(gòu)振動動態(tài)響應(yīng)計算機(jī)測試系統(tǒng)包括帶有加速度傳感器或拾振器的測量系統(tǒng)和與測量系統(tǒng)信號連接的計算機(jī)系統(tǒng)。在測量建筑物的振動響應(yīng)信息、以獲得建筑物在外界自然環(huán)境振動激勵條件下的動態(tài)響應(yīng)時程數(shù)據(jù)時，先將結(jié)構(gòu)振動動態(tài)響應(yīng)計算機(jī)測試系統(tǒng)的加速度傳感器或拾振器安裝在外界自然環(huán)境振動激勵條件下的建筑物關(guān)鍵部位并將測得的動態(tài)響應(yīng)時程數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲到結(jié)構(gòu)振動動態(tài)響應(yīng)計算機(jī)測試系統(tǒng)的計算機(jī)上。所述加速度傳感器或拾振器安裝在建筑物上對結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)最大的結(jié)構(gòu)部位處，比如建筑物桿件接點處、或者桿件的端部或中間部位。所述加速度傳感器用于測量加速度，拾振器用于測量動態(tài)速度以及位移，本發(fā)明不拘泥于上述形式，加速度傳感器和拾振器既可采用其一，也可兩者同時使用，并且由加速度傳感器和/或拾振器得到振動信號先轉(zhuǎn)換為模擬電信號，再傳輸模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再由計算機(jī)存儲。所述結(jié)構(gòu)振動動態(tài)響應(yīng)計算機(jī)測試系統(tǒng)除包括所述的測量系統(tǒng)以及計算機(jī)以外， 還包括信號放大器、數(shù)據(jù)采集儀，測量系統(tǒng)、信號放大器、數(shù)據(jù)采集儀和計算機(jī)依次信號連接。所述測量系統(tǒng)的加速度傳感器或拾振器以及信號放大器、數(shù)據(jù)采集儀和計算機(jī)均為現(xiàn)有技術(shù)，比如可采用中國地震局哈爾濱工程力學(xué)研究所生產(chǎn)的891-2型伺服加速度傳感器、891型信號放大器和北京波譜世紀(jì)科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的WS-5921/U系列數(shù)據(jù)采集儀，計算機(jī)可為臺式或者筆記本電腦。故不詳細(xì)敘述。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括在數(shù)據(jù)采集儀內(nèi)。②直接根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙或現(xiàn)場實測的結(jié)構(gòu)尺寸，建立帶有參數(shù)的簡化的建筑物結(jié)構(gòu)計算模型，建筑物結(jié)構(gòu)計算模型包含建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸、構(gòu)件材料的力學(xué)性能參數(shù)或模型的邊界條件、約束條件等數(shù)據(jù)，所述建筑物結(jié)構(gòu)計算模型為帶有參數(shù)的力學(xué)計算模型或者為有限元計算模型；由建筑物結(jié)構(gòu)計算模型計算得到建筑物的動力性能參數(shù)。③判斷步驟①得到的動力性能參數(shù)與步驟②得到的動力性能參數(shù)是否一致，即判斷建筑物的現(xiàn)場測試采集的動力性能參數(shù)與由上述步驟②的建筑物結(jié)構(gòu)計算模型計算得到建筑物的動力性能參數(shù)是否一致，如果一致，可直接通過步驟②直接根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙或現(xiàn)場實測的結(jié)構(gòu)尺寸建立的簡化建筑物結(jié)構(gòu)計算模型，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 50135-2006高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中結(jié)構(gòu)抗風(fēng)的相關(guān)規(guī)定，計算和評價建筑物結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)安全性能；如果不一致，則進(jìn)行步驟④。④修正(調(diào)整)步驟②中根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙或現(xiàn)場實測的結(jié)構(gòu)尺寸所直接建立的建筑物結(jié)構(gòu)計算模型中的參數(shù)，該參數(shù)指建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸、構(gòu)件材料的力學(xué)性能參數(shù)或模型的邊界條件、約束條件等，修改時可根據(jù)需要，只修改建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸、構(gòu)件材料的力學(xué)性能參數(shù)、模型的邊界條件、約束條件中的一個或者幾個或者全部進(jìn)行修改，使得采用修正參數(shù)后得到的修正計算模型計算得到的建筑物動力性能參數(shù)(模態(tài)頻率、模態(tài)振型)與步驟①得到的現(xiàn)場測試采集的建筑物動力性能參數(shù)(模態(tài)頻率、模態(tài)振型)一致；
⑤采用修正參數(shù)后的修正計算模型，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 50135-2006高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中結(jié)構(gòu)抗風(fēng)的相關(guān)規(guī)定，計算和評價建筑物結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)安全性能。當(dāng)然，本發(fā)明不拘泥于上述形式，步驟①與步驟②可同時進(jìn)行，也可先進(jìn)行步驟 ②。在本發(fā)明的技術(shù)方案步驟①中，也可以采用其它的方法，替代“隨機(jī)子空間方法”，分析處理現(xiàn)場測試采集的動態(tài)響應(yīng)(加速度或速度、位移)時程數(shù)據(jù)，得到建筑物的動力性能參數(shù)(模態(tài)頻率、模態(tài)振型)。本發(fā)明中所述的用于建筑物結(jié)構(gòu)振動模態(tài)參數(shù)識別的隨機(jī)子空間方法，是以線性的離散狀態(tài)空間方程為基本模型，將輸入項和噪聲項合并假定為白噪聲，并以此為基礎(chǔ)，利用白噪聲的統(tǒng)計特性進(jìn)行計算，得到卡爾曼濾波狀態(tài)序列，然后應(yīng)用最小二乘計算系統(tǒng)矩陣，完成模態(tài)參數(shù)識別過程。隨機(jī)子空間方法為現(xiàn)有技術(shù)，具體可參見2005年福州大學(xué)碩士論文《結(jié)構(gòu)環(huán)境振動模態(tài)參數(shù)識別隨機(jī)子空間方法與應(yīng)用》，故不詳細(xì)敘述。
權(quán)利要求
1.一種建筑結(jié)構(gòu)物抗風(fēng)安全性能的評價方法，其特征在于在外界環(huán)境振動激勵作用下，測量建筑物的振動響應(yīng)信息，得到建筑物在外界環(huán)境振動激勵條件下的動態(tài)響應(yīng)時程數(shù)據(jù)，分析、處理所得到的動態(tài)響應(yīng)時程數(shù)據(jù)，得到建筑物的現(xiàn)場測試采集的動力性能參數(shù)，所述振動響應(yīng)信息、動態(tài)響應(yīng)時程數(shù)據(jù)均指加速度和/或速度和/或位移數(shù)據(jù)，動力性能參數(shù)指模態(tài)頻率以及模態(tài)振型；根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙或現(xiàn)場實測的結(jié)構(gòu)尺寸，建立帶有參數(shù)的建筑物結(jié)構(gòu)計算模型，由建筑物結(jié)構(gòu)計算模型計算得到建筑物的動力性能參數(shù)；判斷建筑物的現(xiàn)場測試采集的動力性能參數(shù)與由上述建筑物結(jié)構(gòu)計算模型計算得到建筑物的動力性能參數(shù)是否一致，如果一致，可通過上述建筑物結(jié)構(gòu)計算模型，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)中結(jié)構(gòu)抗風(fēng)的規(guī)定，計算和評價建筑物結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)安全性能；如果不一致，則修正建筑物結(jié)構(gòu)計算模型中的參數(shù)，該參數(shù)指建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸和/或構(gòu)件材料的力學(xué)性能參數(shù)和/或計算模型的邊界條件、約束條件，使得采用修正參數(shù)后的修正計算模型，計算得到的建筑物動力性能參數(shù)與在外界環(huán)境振動激勵作用下建筑物動力性能參數(shù)一致；采用修正參數(shù)后的修正計算模型，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)中結(jié)構(gòu)抗風(fēng)的規(guī)定，計算和評價建筑物結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)安全性能。
2.如權(quán)利要求1所述的一種建筑結(jié)構(gòu)物抗風(fēng)安全性能的評價方法，其特征在于建筑物在外界環(huán)境振動激勵條件下的動態(tài)響應(yīng)時程數(shù)據(jù)，采用結(jié)構(gòu)振動動態(tài)響應(yīng)計算機(jī)測試系統(tǒng)測量并獲得，先將結(jié)構(gòu)振動動態(tài)響應(yīng)計算機(jī)測試系統(tǒng)的加速度傳感器和/或拾振器安裝在外界環(huán)境振動激勵條件下的建筑物上，并將測得的動態(tài)響應(yīng)時程數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲到結(jié)構(gòu)振動動態(tài)響應(yīng)計算機(jī)測試系統(tǒng)的計算機(jī)上。
3.如權(quán)利要求2所述的一種建筑結(jié)構(gòu)物抗風(fēng)安全性能的評價方法，其特征在于所述加速度傳感器和/或拾振器安裝在建筑物上對結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)最大的結(jié)構(gòu)部位處。
4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的一種建筑結(jié)構(gòu)物抗風(fēng)安全性能的評價方法，其特征在于建筑物在外界環(huán)境振動激勵條件下的動態(tài)響應(yīng)時程數(shù)據(jù)采用隨機(jī)子空間方法，分析處理得到建筑物的動力性能參數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種建筑結(jié)構(gòu)物抗風(fēng)安全性能的評價方法，其特征在于所述建筑物結(jié)構(gòu)計算模型為帶有參數(shù)的力學(xué)計算模型或者為有限元計算模型。
6.如權(quán)利要求5所述的一種建筑結(jié)構(gòu)物抗風(fēng)安全性能的評價方法，其特征在于所述外界環(huán)境振動激勵作用為自然環(huán)境下的振動激勵作用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種建筑結(jié)構(gòu)物抗風(fēng)安全性能的評價方法，首先對建筑物進(jìn)行現(xiàn)場動力性能測試、分析，依據(jù)實測、分析得到的建筑物結(jié)構(gòu)動力性能參數(shù)，修正調(diào)整直接建立的計算模型的參數(shù)，使之根據(jù)修正后模型計算的動力性能參數(shù)與現(xiàn)場實測、分析得到的一致。該修正后的計算模型與實際建筑物結(jié)構(gòu)有著一致的動力性能參數(shù)，更加真實的反映了建筑物的結(jié)構(gòu)實際狀況。因此，采用該修正后的計算模型，計算、評價建筑物結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)安全性能是更加符合建筑物結(jié)構(gòu)實際的，是無偏差的。解決了傳統(tǒng)的建筑物抗風(fēng)安全性能計算、評價，由于直接根據(jù)圖紙或現(xiàn)場實測結(jié)構(gòu)尺寸建立有限元計算模型，而導(dǎo)致的建筑物結(jié)構(gòu)抗風(fēng)安全性能計算、評價結(jié)果偏差的問題。
文檔編號G01M99/00GK102297784SQ20111013872
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者文志成, 鄧苗毅, 魏保立 申請人:鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院