一種高層與高聳結(jié)構(gòu)動力檢測承載能力評價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工程檢測評定技術(shù)方法，更具體的說，是涉及一種高層與高聳結(jié)構(gòu)動力檢測承載能力評價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于混凝土碳化、鋼筋銹蝕、風(fēng)荷載、交通荷載的不斷重復(fù)及增加以及日常的維修欠缺，高層與高聳結(jié)構(gòu)在服役一段時(shí)間后將產(chǎn)生各種結(jié)構(gòu)損傷，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力降低，運(yùn)營狀況不能滿足規(guī)范要求。但是對既有高層與高聳結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接研宄既影響正常運(yùn)營也耗時(shí)耗力，事倍功半。在工作室中進(jìn)行數(shù)值仿真分析，則不僅可以擺脫實(shí)際復(fù)雜情況不便，降低成本提高效率，還可以反復(fù)深入地研宄損傷機(jī)理，提高研宄水平。
[0003]高層與高聳結(jié)構(gòu)不僅包含建筑高度200m及以上的建筑結(jié)構(gòu)，也包含建筑高度10m及以上的大跨徑橋梁高聳主塔和觀光塔，同時(shí)包含建筑高度50m及以上的輸電塔，這些建筑物或構(gòu)筑物的典型特點(diǎn)是自重大，風(fēng)、溫度、交通或地震等荷載作用下動力響應(yīng)顯著。同時(shí)由于建筑高度的限制，對其進(jìn)行日常檢測或維護(hù)十分困難，十分耗時(shí)，且會消耗大量的人力、財(cái)力和物力。高層與高聳結(jié)構(gòu)的承載力會隨著構(gòu)件材料性能降低以及外界荷載反復(fù)作用和日常維護(hù)欠缺等因素影響而降低。同時(shí)由于高層與高聳結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代社會發(fā)展中所扮演的角色越來越重要，當(dāng)其因承載能力不足而無法正常運(yùn)營或垮塌時(shí)會帶來巨大的社會經(jīng)濟(jì)損失和人身安全威脅。高層與高聳結(jié)構(gòu)的承載能力評定是對高層與高聳結(jié)構(gòu)的運(yùn)營狀況、使用性能和承載能力評估的一種方法。
[0004]目前高層與高聳結(jié)構(gòu)承載能力評估主要有兩種方法:靜力評價(jià)法和動力評價(jià)法。靜力評價(jià)法主要通過對高層與高聳結(jié)構(gòu)的靜力參數(shù)進(jìn)行檢測，由構(gòu)件到整體對高層與高聳結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力評估，但是由于高層與高聳結(jié)構(gòu)靜力參數(shù)檢測可操作性和時(shí)效性的限制，靜力評價(jià)方法在高層與高聳結(jié)構(gòu)承載能力評價(jià)中的應(yīng)用有顯著的局限性。動力評價(jià)法主要是對高層與高聳結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力參數(shù)檢測，間接獲得結(jié)構(gòu)的使用性能和承載能力，但是由于高層與高聳結(jié)構(gòu)動力參數(shù)的變異性，目前尚未有成套有效的基于動力檢測技術(shù)的高層與高聳結(jié)構(gòu)承載能力評價(jià)方法，這極大地限制了動力評價(jià)方法在高層與高聳結(jié)構(gòu)承載能力評價(jià)中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種可操作性強(qiáng)，評定過程時(shí)效性好、評價(jià)費(fèi)用低、應(yīng)用范圍廣的一種高層與高聳結(jié)構(gòu)動力檢測承載能力評價(jià)方法。
[0006]本發(fā)明的一種高層與高聳結(jié)構(gòu)動力檢測承載能力評價(jià)方法，基于動力檢測技術(shù)，結(jié)合參數(shù)識別方法和有限元修正技術(shù)實(shí)現(xiàn)高層與高聳結(jié)構(gòu)的承載能力評價(jià)，包括以下步驟:
步驟I高層與高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)狀態(tài)，根據(jù)施工驗(yàn)收資料進(jìn)行模型修正有限元分析，初步確定高層與高聳結(jié)構(gòu)的振型參數(shù)和頻率參數(shù)，并初步確定高層與高聳結(jié)構(gòu)的振型響應(yīng)顯著區(qū)域及受力變形熱點(diǎn)區(qū)域；
步驟2高層與高聳結(jié)構(gòu)動力輸入拾振器設(shè)置；
步驟3高層與高聳結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)拾振器設(shè)置；
步驟4典型動力環(huán)境選取及結(jié)構(gòu)動力輸入與響應(yīng)數(shù)值獲??；
步驟5 利用特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法或隨機(jī)子空間等方法對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)參數(shù)進(jìn)行識別，獲得高層與高聳結(jié)構(gòu)的動力振型、頻率、阻尼和應(yīng)力幅參數(shù)；
步驟6 對不同使用狀況、不同服役周期、不同結(jié)構(gòu)形式的高層與高聳結(jié)構(gòu)重復(fù)步驟2至步驟5，逐步建立高層與高聳結(jié)構(gòu)的動力參數(shù)檢測數(shù)據(jù)庫；
步驟7 基于高層與高聳結(jié)構(gòu)的動力參數(shù)數(shù)據(jù)庫，利用有限元軟件響應(yīng)面方法對高層與高聳結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀態(tài)有限元分析模型進(jìn)行修正，進(jìn)而利用修正后的有限元分析模型實(shí)現(xiàn)高層與高聳結(jié)構(gòu)的使用狀態(tài)和承載能力評價(jià)。
[0007]所述動力響應(yīng)拾振器布置位置的選擇原則是選擇高層與高聳結(jié)構(gòu)振型、頻率、動力響應(yīng)、應(yīng)力應(yīng)變熱點(diǎn)區(qū)域設(shè)置拾振器。
[0008]所述步驟4中的典型動力環(huán)境包括類靜止環(huán)境，微風(fēng)環(huán)境，大風(fēng)環(huán)境，臺風(fēng)環(huán)境，地震環(huán)境。
[0009]所述步驟2-3中所述的高層與高聳結(jié)構(gòu)動力輸入和響應(yīng)拾振器包括臨時(shí)設(shè)置的拾振器和高層與高聳結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置的拾振器。
[0010]所述步驟6中的結(jié)構(gòu)動力參數(shù)檢測數(shù)據(jù)庫應(yīng)根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式，不同的振動環(huán)境，不同的服役年限分階段分層次建立。
[0011]所述步驟7中的高層與高聳結(jié)構(gòu)有限元模型修正應(yīng)從該結(jié)構(gòu)施工期間開始持續(xù)到該結(jié)構(gòu)退出運(yùn)營為止。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:(I)解決了基于靜力檢測技術(shù)的高層與高聳結(jié)構(gòu)承載能力評價(jià)的局限性，可操作性強(qiáng)，評定過程耗時(shí)少、評價(jià)費(fèi)用低，適用范圍更廣。(2)適用于包括高層或超高層建筑結(jié)構(gòu)、觀光塔、信號接收塔、輸電塔、斜拉橋或懸索橋主塔等高層與高聳結(jié)構(gòu)，尤其是在施工階段或使用階段已設(shè)置施工或使用階段監(jiān)測系統(tǒng)的建筑物或構(gòu)筑物，該方法對高層與高聳結(jié)構(gòu)的承載能力評定具有很強(qiáng)的可操作性和指導(dǎo)意義。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明操作步驟示意圖一；
圖2是本發(fā)明操作步驟示意圖二；
圖3是本發(fā)明操作步驟示意圖三。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0015]在圖中，本發(fā)明的一種高層與高聳結(jié)構(gòu)動力檢測承載能力評價(jià)方法，基于動力檢測技術(shù)，結(jié)合參數(shù)識別方法和有限元修正技術(shù)實(shí)現(xiàn)高層與高聳結(jié)構(gòu)的承載能力評價(jià)，包括以下步驟:
步驟I高層與高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)狀態(tài)，根據(jù)施工驗(yàn)收資料進(jìn)行模型修正有限元分析，初步確定高層與高聳結(jié)構(gòu)的振型參數(shù)和頻率參數(shù)，并初步確定高層與高聳結(jié)構(gòu)的振型響應(yīng)顯著區(qū)域及受力變形熱點(diǎn)區(qū)域；
步驟2高層與高聳結(jié)構(gòu)動力輸入拾振器設(shè)置；
步驟3高層與高聳結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)拾振器設(shè)置；
步驟4典型動力環(huán)境選取及結(jié)構(gòu)動力輸入與響應(yīng)數(shù)值獲取；
步驟5 利用特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法或隨機(jī)子空間等方法對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)參數(shù)進(jìn)行識別，獲得高層與高聳結(jié)構(gòu)的動力振型、頻率、阻尼和應(yīng)力幅參數(shù)；
步驟6 對不同使用狀況、不同服役周期、不同結(jié)構(gòu)形式的高層與高聳結(jié)構(gòu)重復(fù)步驟2至步驟5，逐步建立高層與高聳結(jié)構(gòu)的動力參數(shù)檢測數(shù)據(jù)庫；
步驟7 基于高層與高聳結(jié)構(gòu)的動力參數(shù)數(shù)據(jù)庫，利用有限元軟件響應(yīng)面方法對高層與高聳結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀態(tài)有限元分析模型進(jìn)行修正，進(jìn)而利用修正后的有限元分析模型實(shí)現(xiàn)高層與高聳結(jié)構(gòu)的使用狀態(tài)和承載能力評價(jià)。
[0016]所述動力響應(yīng)拾振器布置位置的選擇原則是選擇高層與高聳結(jié)構(gòu)振型、頻率、動力響應(yīng)、應(yīng)力應(yīng)變熱點(diǎn)區(qū)域設(shè)置拾振器。
[0017]所述步驟4中的典型動力環(huán)境包括類靜止環(huán)境，微風(fēng)環(huán)境，大風(fēng)環(huán)境，臺風(fēng)環(huán)境，地震環(huán)境。
[0018]所述步驟2-3中所述的高層與高聳結(jié)構(gòu)動力輸入和響應(yīng)拾振器包括臨時(shí)設(shè)置的拾振器和高層與高聳結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置的拾振器。
[0019]所述步驟6中的結(jié)構(gòu)動力參數(shù)檢測數(shù)據(jù)庫應(yīng)根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式，不同的振動環(huán)境，不同的服役年限分階段分層次建立。
[0020]所述步驟7中的高層與高聳結(jié)構(gòu)有限元模型修正應(yīng)從該結(jié)構(gòu)施工期間開始持續(xù)到該結(jié)構(gòu)退出運(yùn)營為止。
[0021]如圖1、圖2和圖3所示，參照高層與高聳結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙、施工技術(shù)資料等，建立高層與高聳結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)(設(shè)計(jì)狀態(tài))有限元分析模型。有限元分析主要得到結(jié)構(gòu)的整體分析模型，并確定高層與高聳結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)(振型、頻率、應(yīng)力應(yīng)變熱點(diǎn)區(qū)域等)。高層與高聳結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)有限元分析模型建立的原則是符合設(shè)計(jì)圖紙，并盡量調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)使有限元分析模型的振型、頻率、阻尼等符合施工驗(yàn)收時(shí)高層與高聳結(jié)構(gòu)的實(shí)測參數(shù)。
[0022]參見圖1高層與高聳結(jié)構(gòu)動力輸入拾振器設(shè)置:依據(jù)高層與高聳結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)資料，選取高層與高聳結(jié)構(gòu)振動輸入信號熱點(diǎn)區(qū)域，選取高層與高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底部設(shè)置地震動輸入拾振傳感器(當(dāng)高層與高聳結(jié)構(gòu)有健康監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，利用