CN112595778B - 一种无基准模型下结构密封胶的动力损伤识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无基准模型下结构密封胶的动力损伤识别方法，包括：对同类玻璃面板单元采用相同的锤击实验测量加速度和力锤信号，计算加速度频响函数；归一化所有样本的加速度频响函数，并求平均加速度频响函数，计算各样本的加速度频响函数累计差异；然后求加速度频响函数累计差异单侧置信水平上限，根据单侧置信水平上限识别异常样本；然后根据异常样本的峰值频率差判断玻璃面板单元的损伤状况。本发明方法无需初始无损伤的基准模型即可快速识别同类玻璃面板单元中结构密封胶存在损伤的个别单元，具有实验安装简单，易于操作，检测速度快等优点。

Description

一种无基准模型下结构密封胶的动力损伤识别方法
技术领域
本发明涉及玻璃幕墙损伤检测技术领域，特别涉及一种无基准模型下结构密封胶的动力损伤识别方法。
背景技术
隐框和半隐框玻璃幕墙由于其漂亮和简洁的外观常用于各种建筑的围护结构。其中，由结构密封胶、胶条等构成的支撑装置为隐蔽工程，一旦损伤易导致面板单元脱落而产生安全事故。
为确保幕墙中玻璃面板单元安装的牢固度，需定期对其使用状态进行检测。潘旦光，江坤，张喜臣，王洪涛，郑恒，胡乃东在专利《全隐框玻璃幕墙边界结构密封胶损伤识别方法》(201910168885.9)中公开了有基准模型下玻璃幕墙结构密封胶的损伤检测方法。刘小根，包亦望，宋一乐，邱岩在《基于动态法对既有玻璃幕墙安全性能评估研究》(土木工程学报,2009,42(12):11-15)中公开了通过模态试验说明结构密封胶玻璃缺失位置的模态位移增大，频率随结构胶缺失程度的增加而减小。Zhi de Huang，Mo wen Xie，Jin hui Zhao，Yan Du，Hong-ke Song在《Rapid evaluation of safety-state in hidden-framesupported glass curtain walls using remote vibration measurement》(Journal ofBuilding Engineering,2018,19)中公开了利用多普勒激光测振仪的加速度傅里叶谱的基频来估计结构密封胶玻璃密封胶的损伤。方治华，罗文奇在《方治华,罗文奇.基于模态曲率的全隐框玻璃幕墙损伤检测研究》(价值工程,2017,36(20):89-93)中公开了通过模态曲率的变化来识别玻璃幕墙四周的结构密封胶的缺失。
上述基于动力特征或动力反应的损伤识别方法的一个缺陷都是需要初始无损伤的基准模型。如果没有基准模型，上述损伤识别方法失效。然而，在一座玻璃幕墙结构中，相同规格的玻璃面板单元数量众多，且由于人为施工的结构密封胶存在误差而致使不存在动力特性完全相同两块面板，即大部分玻璃幕墙安装完成后的初始无损伤基准模型是未知的。因此，在本领域中，急需一种无基准态下结构胶损伤检测的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无基准模型下结构密封胶的动力损伤识别方法，以解决现有技术中需要初始无损伤的基准模型才能进行损伤检测的缺陷，本发明无需初始无损伤的基准模型即可实现对结构密封胶的动力损伤检测。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：
一种无基准模型下结构密封胶的动力损伤识别方法，包括以下步骤：
以待检测的同类玻璃面板单元为一个集合，集合中每个玻璃面板单元为样本，对每个样本j采用相同的锤击实验测量加速度和力锤信号，计算加速度频响函数Hj(ωk)；
计算样本加速度频响函数Hj(ωk)模的归一化频响函数
Figure BDA0002844124650000021
集合内所有
Figure BDA0002844124650000022
的平均频响函数
Figure BDA0002844124650000023
并计算
Figure BDA0002844124650000024
相对于的
Figure BDA0002844124650000025
的加速度频响函数累计差异Ej；
计算集合内所有样本Ej的均值
Figure BDA0002844124650000026
以及方差的无偏估计量
Figure BDA0002844124650000027
n为样本总数；
采用t分布计算加速度频响函数累计差异Ej在置信度为0.95下的单侧置信区间上限
Figure BDA0002844124650000028
式中t0.95表示t分布在0.95置信度下的分位数；
对于Ej大于单侧置信区间上限Eu的样本称为异常样本，计算异常样本
Figure BDA0002844124650000029
与
Figure BDA00028441246500000210
的峰值频率差Δfj，当异常样本的峰值频率差Δfj小于零时为有损伤样本。
优选地，所述待检测的同类玻璃面板单元采用相同的锤击实验是指每个玻璃面板单元具有相同尺寸、厚度和安装方式，锤击实验的激振位置、加速度传感器的安装位置和实验数据采集方式设置一致，计算加速度频响函数的方法一致。
优选地，所述归一化频响函数
Figure BDA00028441246500000211
的计算公式为：
Figure BDA00028441246500000212
其中，|Hj(ωk)|和|Hj(ωk)|max分别为Hj(ωk)的模和模的最大值。
优选地，所述平均频响函数
Figure BDA0002844124650000031
的计算公式为：
Figure BDA0002844124650000032
优选地，所述加速度频响函数累计差异Ej的计算公式为：
Figure BDA0002844124650000033
其中，N为频响函数分析的有效频率个数。
优选地，所述峰值频率差Δfj的计算公式为：
Figure BDA0002844124650000034
其中，fj,k和
Figure BDA0002844124650000035
分别为样本j的归一化频响函数和平均频响函数第k个峰值的频率，m为频响函数中峰值的总数。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本发明实施例中，对同类玻璃面板单元采用相同的锤击实验测量加速度和力锤信号，计算加速度频响函数；归一化所有样本的加速度频响函数，并求平均加速度频响函数，计算各样本的加速度频响函数累计差异；然后求加速度频响函数累计差异单侧置信水平上限，根据单侧置信水平上限识别异常样本；然后根据异常样本的峰值频率差判断玻璃面板单元的损伤状况。本发明方法无需初始无损伤的基准模型即可快速识别同类玻璃面板单元中结构密封胶存在损伤的个别单元，具有实验安装简单，易于操作，检测速度快等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种无基准模型下结构密封胶的动力损伤识别方法的流程图；
图2是本发明实施例中面板单元尺寸示意图；
图3是本发明实施例中所有样本加速度频响函数示意图；
图4是本发明实施例中所有样本归一化加速度频响函数和平均加速度频响函数示意图；
图5-图13是本发明实施例中异常样本归一化加速度频响函数和平均加速度频响函数对比图。
附图标记说明：1-玻璃面板单元，2-密封结构胶，3-加速度传感器，4-力锤，5-信号采集仪，6-计算机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明的实施例提供了一种无基准模型下结构密封胶的动力损伤识别方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
以待检测的同类玻璃面板单元为一个集合，集合中每个玻璃面板单元为样本，对每个样本j采用相同的锤击实验测量加速度和力锤信号，计算加速度频响函数Hj(ωk)；
计算样本加速度频响函数Hj(ωk)模的归一化频响函数
Figure BDA0002844124650000041
集合内所有
Figure BDA0002844124650000042
的平均频响函数
Figure BDA0002844124650000043
并计算
Figure BDA0002844124650000044
相对于的
Figure BDA0002844124650000045
的加速度频响函数累计差异Ej；
计算集合内所有样本Ej的均值
Figure BDA0002844124650000046
以及方差的无偏估计量
Figure BDA0002844124650000047
n为样本总数；
采用t分布计算加速度频响函数累计差异Ej在置信度为0.95下的单侧置信区间上限
Figure BDA0002844124650000048
式中t0.95表示t分布在0.95置信度下的分位数；
对于Ej大于单侧置信区间上限Eu的样本称为异常样本，计算异常样本
Figure BDA0002844124650000049
与
Figure BDA00028441246500000410
的峰值频率差Δfj，当异常样本的峰值频率差Δfj小于零时为有损伤样本。
本发明实施例提供的损伤识别方法，通过对同类玻璃面板单元采用相同的锤击实验测量加速度和力锤信号，计算加速度频响函数；归一化所有样本的加速度频响函数，并求平均加速度频响函数，计算各样本的加速度频响函数累计差异；然后求加速度频响函数累计差异单侧置信水平上限，根据单侧置信水平上限识别异常样本；然后根据异常样本的峰值频率差判断玻璃面板单元的损伤状况。本发明方法无需初始无损伤的基准模型即可快速识别同类玻璃面板单元中结构密封胶存在损伤的个别单元，具有实验安装简单，易于操作，检测速度快等优点。
进一步地，所述归一化频响函数
Figure BDA0002844124650000051
的计算公式为：
Figure BDA0002844124650000052
其中，|Hj(ωk)|和|Hj(ωk)|max分别为Hj(ωk)的模和模的最大值。
所述平均频响函数
Figure BDA0002844124650000053
的计算公式为：
Figure BDA0002844124650000054
所述加速度频响函数累计差异Ej的计算公式为：
Figure BDA0002844124650000055
其中，N为频响函数分析的有效频率个数。
所述峰值频率差Δfj的计算公式为：
Figure BDA0002844124650000056
其中，fj,k和
Figure BDA0002844124650000057
分别为样本j的归一化频响函数和平均频响函数第k个峰值的频率，m为频响函数中峰值的总数。
在本发明的实施例中，所述待检测的同类玻璃面板单元采用相同的锤击实验是指每个玻璃面板单元具有相同尺寸、厚度和安装方式，锤击实验的激振位置、加速度传感器的安装位置和实验数据采集方式设置一致，计算加速度频响函数的方法一致。
下面结合具体实施例对本发明方法进行详细说明。
采用无基准模型下边界结构密封胶的动力损伤识别方法对某半隐框玻璃幕墙的26个玻璃面板单元进行试验，面板的具体尺寸和总数如表1所示。
表1玻璃面板单元尺寸和数量
Figure BDA0002844124650000061
如图2所示，对每个玻璃面板单元1(四周设有密封结构胶2)的长边1/4和短边1/4交点处布置加速度传感3，用力锤4在1/4交点处施加脉冲荷载。加速度传感器3和力锤4的信号通过信号采集仪5传输给计算机6，计算各样本的加速度频响函数如图3所示。对每个样本的加速度频响函数进行归一化处理并求平均加速度频响函数如图4所示，数字表示用来计算的峰值频率位置。
计算7.5Hz～242.24Hz频率范围的加速度频响函数累计差异，如表2所示。计算所有样本Ej的均值
Figure BDA0002844124650000065
方差的无偏估计量S*2和置信度0.95下的单侧置信区间上限Eu，如表3所示。
表2加速度频响函数累计差异的结果
Figure BDA0002844124650000062
表3实验统计结果
Figure BDA0002844124650000063
根据Eu值和表2中各单元的Ej，可知样本1、5、8、9、11、19、22、23、24为异常样本。对比每一个异常样本归一化频响函数和平均频响函数的峰值频率，如图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13所示结果。异常样本的峰值频率差如表4所示。
表4异常单样本峰值频率差(Hz)
Figure BDA0002844124650000064
其中，样本5和样本8的峰值频率差小于零，因此判断这两个样本存在损伤。
综上所述，本发明方法首先对相同尺寸和安装方法的玻璃面板单元进行锤击实验测定加速度频响函数；然后以归一化频响函数的均值为基准，计算加速度频响函数累计差异；之后对加速度频响函数累计差异进行区间估计，并根据样本频响函数和平均频响函数峰值频率的关系，评估面板的损伤状况。本发明无需初始无损伤的基准模型即可快速识别同类玻璃面板单元中结构密封胶存在损伤的个别单元，具有实验安装简单，易于操作，检测速度快等优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种无基准模型下结构密封胶的动力损伤识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
以待检测的同类玻璃面板单元为一个集合，集合中每个玻璃面板单元为样本，对每个样本j采用相同的锤击实验测量加速度和力锤信号，计算加速度频响函数Hj(ωk)；
计算样本加速度频响函数Hj(ωk)模的归一化频响函数
Figure FDA0003225670120000011
集合内所有
Figure FDA0003225670120000012
的平均频响函数
Figure FDA0003225670120000013
并计算
Figure FDA0003225670120000014
相对于的
Figure FDA0003225670120000015
的加速度频响函数累计差异Ej；
所述归一化频响函数
Figure FDA0003225670120000016
的计算公式为：
Figure FDA0003225670120000017
其中，|Hj(ωk)|和|Hj(ωk)|max分别为Hj(ωk)的模和模的最大值；
所述平均频响函数
Figure FDA0003225670120000018
的计算公式为：
Figure FDA0003225670120000019
所述加速度频响函数累计差异Ej的计算公式为：
Figure FDA00032256701200000110
其中，N为频响函数分析的有效频率个数；
计算集合内所有样本Ej的均值
Figure FDA00032256701200000111
以及方差的无偏估计量
Figure FDA00032256701200000112
n为样本总数；
采用t分布计算加速度频响函数累计差异Ej在置信度为0.95下的单侧置信区间上限
Figure FDA00032256701200000113
式中t0.95表示t分布在0.95置信度下的分位数；
对于Ej大于单侧置信区间上限Eu的样本称为异常样本，计算异常样本
Figure FDA00032256701200000114
与
Figure FDA00032256701200000115
的峰值频率差Δfj，当异常样本的峰值频率差Δfj小于零时为有损伤样本；
所述峰值频率差Δfj的计算公式为：
Figure FDA0003225670120000021
其中，fj,k和
Figure FDA0003225670120000022
分别为样本j的归一化频响函数和平均频响函数第k个峰值的频率，m为频响函数中峰值的总数。
2.根据权利要求1所述的无基准模型下结构密封胶的动力损伤识别方法，其特征在于，所述待检测的同类玻璃面板单元采用相同的锤击实验是指每个玻璃面板单元具有相同尺寸、厚度和安装方式，锤击实验的激振位置、加速度传感器的安装位置和实验数据采集方式设置一致，计算加速度频响函数的方法一致。
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