CN108051197A - 一种建筑抗震支吊架抗震性能异常预警方法 - Google Patents

Abstract

一种建筑抗震支吊架抗震性能异常预警方法，通过在抗震支吊架的抗震斜撑中部位置安装加速度传感器，用以监测环境荷载引起的抗震斜撑加速度响应，并获取加速度传感器的原始数据，然后计算多组数据的结构自振周期和加速度均方根值，采用线性回归的方法建立结构自振周期和加速度均方根的相关性模型，由最小二乘法可得到线性回归模型的斜率，从而建立了三个标准预警指标。当测得的预警指标超出标准一定范围时，表示抗震支吊架需要维修。该方法能够比较准确的对抗震支吊架给出预警，保持抗震支吊架在地震作用下的整体安全，进而达到减少和尽量避免次生灾害，这在以往是很少被考虑到的。

Description

一种建筑抗震支吊架抗震性能异常预警方法

技术领域

本发明属于结构健康监测技术领域，特别涉及一种建筑支架故障预警及状态监测方法。

背景技术

建筑支架故障预警和状态监测根据构件运行规律或观测得到的可能性前兆，在支吊架真正发生故障之前，及时预报支吊架的异常状况，采取相应的措施，从而最大程度的降低地震过程中支吊架故障所造成的损失。

另外，目前国内外很少有人在关注抗震支吊架的性能预警问题。然而随着时代发展、社会进步，人们已不再仅仅满足于居住的安全度，而是追求舒适度和满意度。随着构件装置和工程控制系统的规模和复杂性日益增大，为保证结构在地震作用下整体的安全可靠性，进而达到减少和尽量避免次生灾害的目的，通过可靠的状态监控技术及时有效的监测和诊断过程异常就显得尤为迫切和重要。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种建筑抗震支吊架抗震性能异常预警的方法，可以达到减少和尽量避免次生灾害的目的。

技术方案：本发明是针对建筑抗震支吊架抗震性能异常预警方法，包括以下步骤：

一种建筑抗震支吊架抗震性能异常预警方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)在抗震支吊架的抗震斜撑上安装加速度传感器，用以监测环境荷载引起的抗震斜撑加速度响应；

2)对步骤1)中布置的加速度传感器获取的原始数据进行处理，选取n天完好状态下的监测数据，以某一时间长度delta-t(delta-t优选可为10分钟)为计算区间，分别计算自振周期T和加速度均方根值A_RMS；

3)调用步骤2)中的计算结果，以天为单位计算自振周期T的日平均值T_D和加速度均方根值A_RMS的日平均值A_D，RMS，采用线性回归的方法建立T_D和A_D,RMS之间的相关性模型，由最小二乘法得到线性回归模型的斜率β，得到3个预警指标：n天自振周期日平均值T_D的平均值n天加速度均方根值日平均值A_D,RMS的平均值n天线性回归模型的斜率β；

4)对未知状态的某1天监测数据，以时间长度delta-t为计算区间，计算自振周期T_test和加速度均方根值A_test，1天共∣1440/delta-t∣个样本；计算该日的自振周期T_test的日平均值T_D,test、加速度均方根值A_test的日平均值A_D,test；采用线性回归的方法建立自振周期T_D,test和加速度均方根值A_test的相关性模型，由最小二乘法得到线性回归模型的斜率β_test；

5)将T_D,test与进行比较，将A_D,test与进行比较，将β_test与β进行比较，任一参数降幅超过其对应的某一设定阀值时给出异常预警，提示抗震支吊架需要维修。

优选的，步骤4)中的设定阀值可为10％。

有益效果：本发明通过把未知状态下分析得出的模型数据与完好状态下建立的线性回归模型数据进行对比，从而能够及时监控到安全隐患，为故障排除提供数据支持，实现振动信号超标时的实时预警。该方法能够比较准确的对抗震支吊架给出预警，进而保证结构在地震作用下整体的安全可靠性，减少和尽量避免次生灾害，这在以往是很少被考虑到的。

附图说明

图1为加速度传感器布置在抗震支吊架上的示意图。

具体实施方式

本发明是针对建筑抗震支吊架抗震性能异常预警方法，包括以下步骤：

1)在抗震支吊架的抗震斜撑中部位置安装加速度传感器，用以监测环境荷载引起的抗震斜撑加速度响应；

2)对步骤1)中布置的加速度传感器获取的原始数据进行处理，选取n天完好状态下的监测数据，以10分钟为计算区间，分别计算自振周期T和加速度均方根值R；

3)调用步骤2)中的计算结果，以天为单位计算自振周期T的日平均值T_D和加速度均方根值R的日平均值R_D，采用线性回归的方法建立T_D和R_D之间的相关性模型，由最小二乘法得到线性回归模型的斜率β，得到3个预警指标：n天自振周期日平均值T_D的平均值n天加速度均方根值日平均值R_D的平均值n天线性回归模型的斜率β；

4)对未知状态的1天监测数据，以10分钟为计算区间，计算自振周期T_test和加速度均方根值R_test，1天共144个样本；计算该日的自振周期T_test的日平均值T_D,test、加速度均方根值R_test的日平均值R_D,test；采用线性回归的方法建立自振周期T_test和加速度均方根值R_test的相关性模型，由最小二乘法可得到线性回归模型的斜率βtest，如果βtest相比β降幅超过10％时给出异常预警，抗震支吊架需要维修；

5)并将T_D,test与进行比较，将R_D,test与进行比较，将βtest与β进行比较，如果T_D,test相比降幅超过10％，或者R_D,test相比降幅超过10％，或者βtest相比β降幅超过10％时，给出异常预警，抗震支吊架需要维修。

下面进一步说明三个预警指标的建立过程：

加速度均方根日平均值:取T_d＝10min为震动持时，则加速度传感器在在此持时内采集到的震动过程加速度a(t)可以近似看做是平稳过程，那么单位持时的能量与方差成正比，均方根加速度然后取一天的加速度均方根求平均值即可得到加速度均方根日平均值

自振周期日平均值：通过频域分析，根据Fourier变换的性质，加速度的Fourier变换为：通过傅里叶振幅谱，找出最大振幅对应的频率，进而求得对应的周期，此周期可近似为结构自振周期(共振)，然后取一天的计算周期求平均值即可得到自振周期日平均值

线性回归模型斜率：将分析得出的自震周期T与加速度均方根R进行线性拟合，构建线性回归模型。运用最小二乘法，将实测值R_i与计算值R_j(R_j＝α+βT_i)的离差(R_i-R_j)的平方和∑(R_i-R_j)²最小作为“优化判据”。另f＝∑(R_i-R_j)²＝∑(R_i-α-βT_i)²，可用函数f分别对α、β求偏导数，并令这两个偏导数等于零，得

∑2(R_i-α-βT_i)＝0；

∑2T_i(R_i-α-βT_i)＝0；

解方程组得

最终，将测试值分析数据与已建立的三个标准预警指标进行比对，确定抗震吊支架是否需要维修。

Claims (1)

1.一种建筑抗震支吊架抗震性能异常预警方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)在抗震支吊架的抗震斜撑上安装加速度传感器，用以监测环境荷载引起的抗震斜撑加速度响应；

2)对步骤1)中布置的加速度传感器获取的原始数据进行处理，选取n天完好状态下的监测数据，以某一时间长度delta-t(delta-t优选可为10分钟)为计算区间，分别计算自振周期T和加速度均方根值A_RMS；

3)调用步骤2)中的计算结果，以天为单位计算自振周期T的日平均值T_D和加速度均方根值A_RMS的日平均值A_D，RMS，采用线性回归的方法建立T_D和A_D,RMS之间的相关性模型，由最小二乘法得到线性回归模型的斜率β，得到3个预警指标：n天自振周期日平均值T_D的平均值n天加速度均方根值日平均值A_D,RMS的平均值n天线性回归模型的斜率β；

4)对未知状态的某1天监测数据，以时间长度delta-t为计算区间，计算自振周期T_test和加速度均方根值A_test，1天共∣1440/delta-t∣个样本；计算该日的自振周期T_test的日平均值T_D,test、加速度均方根值A_test的日平均值A_D,test；采用线性回归的方法建立自振周期T_D,test和加速度均方根值A_D,test的相关性模型，由最小二乘法得到线性回归模型的斜率β_test；

5)将T_D,test与进行比较，将A_D,test与进行比较，将β_test与β进行比较，任一参数降幅超过其对应的某一设定阀值时给出异常预警，提示抗震支吊架需要维修。