CN102297784A - 一种建筑结构物抗风安全性能的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种建筑结构物抗风安全性能的评价方法，首先对建筑物进行现场动力性能测试、分析，依据实测、分析得到的建筑物结构动力性能参数，修正调整直接建立的计算模型的参数，使之根据修正后模型计算的动力性能参数与现场实测、分析得到的一致。该修正后的计算模型与实际建筑物结构有着一致的动力性能参数，更加真实的反映了建筑物的结构实际状况。因此，采用该修正后的计算模型，计算、评价建筑物结构的抗风安全性能是更加符合建筑物结构实际的，是无偏差的。解决了传统的建筑物抗风安全性能计算、评价，由于直接根据图纸或现场实测结构尺寸建立有限元计算模型，而导致的建筑物结构抗风安全性能计算、评价结果偏差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑结构物抗风安全性能的评价方法。
背景技术
在土木工程结构设计、计算和抗灾防灾规划中，对于高、大、细、长等高耸建筑结构，风荷载是重要的、决定性的外界荷载，最易引起工程结构损伤甚至破坏，处理不当会造成工程结构损伤和破坏，给人民生命、财产带来重大的损失，土木工程结构的损坏和倒塌是风灾损失的主要部分。对建筑结构的抗风安全性能进行计算评价是保证其抗风安全的前提基础性工作。
现有建筑结构物抗风安全性能的评价方法技术方案为：① 直接根据建筑物结构设计图纸或现场实测的结构尺寸，建立简化的力学计算模型或有限元计算模型；② 采用步骤①所直接建立的建筑物结构计算模型，依据《GB 50135-2006 高耸结构设计规范》中结构抗风的相关规定，计算和评价建筑物结构的抗风安全性能。
现有的技术方案“直接根据建筑物结构设计图纸或现场实测的结构尺寸，建立简化的力学计算模型或有限元计算模型”，然而该直接建立的计算模型通常不能真实的反映建筑物结构的力学性能。因为建立该计算模型的过程中，忽略了非结构构件的影响，而且结构材料力学性能参数的选用与实际参数之间存在偏差。也就是说直接建立的计算模型与能够真实反映结构力学性能的计算模型之间存在偏差，采用存在偏差的建筑物结构计算模型进行抗风安全性能计算评价，所得到的评价结果将会是存在偏差甚至是错误的。
发明内容
本发明的目的是提供一种更能反映建筑物结构的力学性能，由此得到无偏差的、符合实际的结构抗风安全性能计算评价结果。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种建筑结构物抗风安全性能的评价方法，在外界环境振动激励作用下，测量建筑物的振动响应信息，得到建筑物在外界环境振动激励条件下的动态响应时程数据，分析、处理所得到的动态响应时程数据，得到建筑物的现场测试采集的动力性能参数，所述振动响应信息、动态响应时程数据均指加速度和/或速度和/或位移数据，动力性能参数指模态频率以及模态振型；
根据建筑物结构设计图纸或现场实测的结构尺寸，建立带有参数的建筑物结构计算模型，由建筑物结构计算模型计算得到建筑物的动力性能参数；
判断建筑物的现场测试采集的动力性能参数与由上述建筑物结构计算模型计算得到建筑物的动力性能参数是否一致，如果一致，可通过上述建筑物结构计算模型，依据国家标准中结构抗风的规定，计算和评价建筑物结构的抗风安全性能；
如果不一致，则修正建筑物结构计算模型中的参数，该参数指建筑物结构构件截面尺寸和/或构件材料的力学性能参数和/或计算模型的边界条件、约束条件，使得采用修正参数后的修正计算模型，计算得到的建筑物动力性能参数与在外界环境振动激励作用下建筑物动力性能参数一致；
采用修正参数后的修正计算模型，依据国家标准中结构抗风的规定，计算和评价建筑物结构的抗风安全性能。
建筑物在外界环境振动激励条件下的动态响应时程数据，采用结构振动动态响应计算机测试系统测量并获得，先将结构振动动态响应计算机测试系统的加速度传感器和/或拾振器安装在外界环境振动激励条件下的建筑物上，并将测得的动态响应时程数据采集、传输和存储到结构振动动态响应计算机测试系统的计算机上。
所述加速度传感器和/或拾振器安装在建筑物上对结构振动响应最大的结构部位处。
建筑物在外界环境振动激励条件下的动态响应时程数据采用随机子空间方法，分析处理得到建筑物的动力性能参数。
所述建筑物结构计算模型为带有参数的力学计算模型或者为有限元计算模型。
所述外界环境振动激励作用为自然环境下的振动激励作用。
本发明的技术方案，首先对建筑物进行现场动力性能测试、分析，依据实测、分析得到的建筑物结构动力性能参数，修正调整直接建立的计算模型的参数，使之根据修正后模型计算的动力性能参数与现场实测、分析得到的一致。该修正后的计算模型与实际建筑物结构有着一致的动力性能参数，更加真实的反映了建筑物的结构实际状况。因此，采用该修正后的计算模型，计算、评价建筑物结构的抗风安全性能是更加符合建筑物结构实际的，是无偏差的。解决了传统的建筑物抗风安全性能计算、评价中，直接根据图纸或现场实测结构尺寸建立有限元计算模型，而导致的建筑物结构抗风安全性能计算、评价结果偏差的问题，更能反映建筑物结构的力学性能，由此得到无偏差的、符合实际的结构抗风安全性能计算评价结果。
附图说明
图1是本发明评价方法的流程图。
具体实施方式
由图1所示的一种建筑结构物抗风安全性能的评价方法，包括如下步骤：
① 在外界环境振动激励作用下，即在自然环境的振动激励作用下，建筑物始终处于振动状态中，通过结构振动动态响应计算机测试系统测量建筑物的振动响应信息，并得到建筑物在外界自然环境振动激励条件下的现场测试采集的动态响应时程数据，所述振动响应信息、动态响应时程数据均指加速度或速度、位移数据；
采用随机子空间方法，分析处理上述现场测试采集的动态响应（加速度或速度、位移）时程数据，得到建筑物的现场测试采集的动力性能参数；动力性能参数指模态频率以及模态振型；
所述结构振动动态响应计算机测试系统包括带有加速度传感器或拾振器的测量系统和与测量系统信号连接的计算机系统。在测量建筑物的振动响应信息、以获得建筑物在外界自然环境振动激励条件下的动态响应时程数据时，先将结构振动动态响应计算机测试系统的加速度传感器或拾振器安装在外界自然环境振动激励条件下的建筑物关键部位并将测得的动态响应时程数据采集、传输和存储到结构振动动态响应计算机测试系统的计算机上。所述加速度传感器或拾振器安装在建筑物上对结构振动响应最大的结构部位处，比如建筑物杆件接点处、或者杆件的端部或中间部位。
所述加速度传感器用于测量加速度，拾振器用于测量动态速度以及位移，本发明不拘泥于上述形式，加速度传感器和拾振器既可采用其一，也可两者同时使用，并且由加速度传感器和/或拾振器得到振动信号先转换为模拟电信号，再传输模数转换器转化为数字信号，再由计算机存储。
所述结构振动动态响应计算机测试系统除包括所述的测量系统以及计算机以外，还包括信号放大器、数据采集仪，测量系统、信号放大器、数据采集仪和计算机依次信号连接。所述测量系统的加速度传感器或拾振器以及信号放大器、数据采集仪和计算机均为现有技术，比如可采用中国地震局哈尔滨工程力学研究所生产的891-2型伺服加速度传感器、891型信号放大器和北京波谱世纪科技发展有限公司生产的WS-5921/U系列数据采集仪，计算机可为台式或者笔记本电脑。故不详细叙述。所述模数转换器包括在数据采集仪内。
②直接根据建筑物结构设计图纸或现场实测的结构尺寸，建立带有参数的简化的建筑物结构计算模型，建筑物结构计算模型包含建筑物结构构件截面尺寸、构件材料的力学性能参数或模型的边界条件、约束条件等数据，所述建筑物结构计算模型为带有参数的力学计算模型或者为有限元计算模型；由建筑物结构计算模型计算得到建筑物的动力性能参数。
③判断步骤①得到的动力性能参数与步骤②得到的动力性能参数是否一致，即判断建筑物的现场测试采集的动力性能参数与由上述步骤②的建筑物结构计算模型计算得到建筑物的动力性能参数是否一致，如果一致，可直接通过步骤②直接根据建筑物结构设计图纸或现场实测的结构尺寸建立的简化建筑物结构计算模型，依据国家标准《GB 50135-2006 高耸结构设计规范》中结构抗风的相关规定，计算和评价建筑物结构的抗风安全性能；如果不一致，则进行步骤④。
④修正（调整）步骤②中根据建筑物结构设计图纸或现场实测的结构尺寸所直接建立的建筑物结构计算模型中的参数，该参数指建筑物结构构件截面尺寸、构件材料的力学性能参数或模型的边界条件、约束条件等，修改时可根据需要，只修改建筑物结构构件截面尺寸、构件材料的力学性能参数、模型的边界条件、约束条件中的一个或者几个或者全部进行修改，使得采用修正参数后得到的修正计算模型计算得到的建筑物动力性能参数（模态频率、模态振型）与步骤①得到的现场测试采集的建筑物动力性能参数（模态频率、模态振型）一致；
⑤采用修正参数后的修正计算模型，依据国家标准《GB 50135-2006 高耸结构设计规范》中结构抗风的相关规定，计算和评价建筑物结构的抗风安全性能。
当然，本发明不拘泥于上述形式，步骤①与步骤②可同时进行，也可先进行步骤②。在本发明的技术方案步骤①中，也可以采用其它的方法，替代“随机子空间方法”，分析处理现场测试采集的动态响应（加速度或速度、位移）时程数据，得到建筑物的动力性能参数（模态频率、模态振型）。
本发明中所述的用于建筑物结构振动模态参数识别的随机子空间方法，是以线性的离散状态空间方程为基本模型，将输入项和噪声项合并假定为白噪声，并以此为基础，利用白噪声的统计特性进行计算，得到卡尔曼滤波状态序列，然后应用最小二乘计算系统矩阵，完成模态参数识别过程。随机子空间方法为现有技术，具体可参见2005年福州大学硕士论文《结构环境振动模态参数识别随机子空间方法与应用》，故不详细叙述。
Claims (6)
1.一种建筑结构物抗风安全性能的评价方法，其特征在于：在外界环境振动激励作用下，测量建筑物的振动响应信息，得到建筑物在外界环境振动激励条件下的动态响应时程数据，分析、处理所得到的动态响应时程数据，得到建筑物的现场测试采集的动力性能参数，所述振动响应信息、动态响应时程数据均指加速度和/或速度和/或位移数据，动力性能参数指模态频率以及模态振型；
根据建筑物结构设计图纸或现场实测的结构尺寸，建立带有参数的建筑物结构计算模型，由建筑物结构计算模型计算得到建筑物的动力性能参数；
判断建筑物的现场测试采集的动力性能参数与由上述建筑物结构计算模型计算得到建筑物的动力性能参数是否一致，如果一致，可通过上述建筑物结构计算模型，依据国家标准中结构抗风的规定，计算和评价建筑物结构的抗风安全性能；
如果不一致，则修正建筑物结构计算模型中的参数，该参数指建筑物结构构件截面尺寸和/或构件材料的力学性能参数和/或计算模型的边界条件、约束条件，使得采用修正参数后的修正计算模型，计算得到的建筑物动力性能参数与在外界环境振动激励作用下建筑物动力性能参数一致；
采用修正参数后的修正计算模型，依据国家标准中结构抗风的规定，计算和评价建筑物结构的抗风安全性能。
2.如权利要求1所述的一种建筑结构物抗风安全性能的评价方法，其特征在于：建筑物在外界环境振动激励条件下的动态响应时程数据，采用结构振动动态响应计算机测试系统测量并获得，先将结构振动动态响应计算机测试系统的加速度传感器和/或拾振器安装在外界环境振动激励条件下的建筑物上，并将测得的动态响应时程数据采集、传输和存储到结构振动动态响应计算机测试系统的计算机上。
3.如权利要求2所述的一种建筑结构物抗风安全性能的评价方法，其特征在于：所述加速度传感器和/或拾振器安装在建筑物上对结构振动响应最大的结构部位处。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种建筑结构物抗风安全性能的评价方法，其特征在于：建筑物在外界环境振动激励条件下的动态响应时程数据采用随机子空间方法，分析处理得到建筑物的动力性能参数。
5.如权利要求4所述的一种建筑结构物抗风安全性能的评价方法，其特征在于：所述建筑物结构计算模型为带有参数的力学计算模型或者为有限元计算模型。
6.如权利要求5所述的一种建筑结构物抗风安全性能的评价方法，其特征在于：所述外界环境振动激励作用为自然环境下的振动激励作用。
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