CN109959709A - 全隐框玻璃幕墙边界结构密封胶损伤识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全隐框玻璃幕墙边界结构密封胶损伤识别方法，属于玻璃幕墙安全检测技术领域。该方法在玻璃面板上长边四分之一与短边四分之一相交位置安装加速度传感器，通过力锤在加速度传感器附近敲击面板，得到加速度和脉冲信号，计算频率响应函数及幅值。再计算损伤前后玻璃幕墙频响函数的相对累计误差。根据相对累计误差的大小，可识别出全隐框式玻璃幕墙的损伤情况。该方法安装简单，易于操作，节约时间成本，可用于现场检测，具有很高的实用性和普及性。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃幕墙安全检测技术领域，特别是指一种全隐框玻璃幕墙边界结构密封胶损伤识别方法。
背景技术
全隐框玻璃幕墙在CBD建筑中应用十分普遍，在使用过程中，由于连接玻璃面板和支撑框架的结构密封胶老化使部分结构胶开裂，从而可能导致玻璃幕墙产生脱落破坏。为在玻璃幕墙发生脱落破坏前，识别结构密封胶的损伤，从而避免玻璃幕墙发生脱落造成严重的人员伤亡和财产损失。结构密封胶的损伤方法包括静态检测方法和动力检测方法。江苏大学陈振宇在硕士论文《基于功率谱的全隐框玻璃幕墙结构胶损伤检测方法》中公开了基于FFT功率谱的瞬态脉冲动力响应信号的损伤检测方法。刘小根；包亦望；宋一乐；邱岩；万德田；王秀芳在《2009年全国玻璃科学技术年会论文集》.湖北：中国硅酸盐学会玻璃分会，2009:135-146中的《振动测试技术在玻璃幕墙安全评估中应用研究》公开了通过模态测试的方法进行检测。Zhi de Huang；Mo wen Xie；Jin hui Zhao；Yan Du；Hong-ke Song在《Rapid evaluation of safety-state in hidden-frame supported glass curtainwalls using remote vibration measurement》中公开了使用激光振动计在玻璃面板上不同点的光谱特性影响来进行判断损伤。Xiaobin Hong；Yuan Liu；Peisong Lin；andWeiying Xu在《Journal of Aerospace Engineering》Volume 31Issue 5-September 2018的《Interfacial Adhesion–Strength Detection of Structural Silicone Sealant forHidden Frame–Supported Glass Curtain Wall Based on Nonlinear Ultrasonic LambWave》中公开了通过非线性超声兰姆波的检测方法。上述的结构胶损伤识别方法的一个缺陷是每个玻璃面板损伤识别的测试时间很长，难以在实际工程中使用。
因此，在本领域中，仍然需要实验安装简单，易于操作的全隐框玻璃幕墙边界结构密封胶的损伤识别方法。
发明内容
本发明为解决玻璃幕墙损伤识别方法的不足，提供一种全隐框玻璃幕墙边界结构密封胶损伤识别方法。
该方法包括步骤如下：
S1：制作一块与待检测玻璃幕墙相同并且结构密封胶完好的玻璃幕墙；
S2：取两个加速度传感器分别安装在S1中制得的玻璃幕墙的玻璃面板上长边四分之一与短边四分之一相交位置和待检测玻璃幕墙的玻璃面板上长边四分之一与短边四分之一相交位置；
S3：将两个力锤和S2中的两个加速度传感分别与两个信号采集仪相连，以加速度传感器为中心，半径为3cm的范围内用力锤敲击玻璃面板；
S4：力锤敲击S1中制得的结构密封胶完好的玻璃幕墙的玻璃面板，同时测量力锤的力信号和加速度传感器的加速度信号，计算无损伤玻璃幕墙的频率响应函数；
S5：力锤敲击待检测玻璃幕墙的玻璃面板，同时测量力锤的力信号和加速度传感器的加速度信号，计算待检测玻璃幕墙的频率响应函数；
S6：由S5中待检测玻璃幕墙和S4中无损伤玻璃幕墙的频率响应函数计算待检测玻璃幕墙频率响应函数的相对累计误差；
S7：根据S6中相对累计误差判断待检测玻璃幕墙的损伤情况。
其中，加速度传感器安装在玻璃面板上长边四分之一与短边四分之一相交位置。
力锤垂直敲击玻璃面板，敲击位置以加速度传感器为中心，半径为3cm的范围内。
S4和S5中，力信号和加速度信号的采样频率和采样时间长度相同。
S6中，相对累计误差RAE的数学表达式为：
式中：n为频率响应函数分析的有效频率，
|H0(ω)|为结构密封胶完好的玻璃幕墙频率响应函数的模，
|H1(ω)|为待检测玻璃幕墙频率响应函数的模。
在S7中，相对累计误差大于0.1时，则待检测玻璃幕墙边界结构密封胶有损伤，报警器发出报警信号。
该方法中，因损伤前后幅值曲线会出现差异，故可将损伤前后频响函数幅值进行做差，得到两数之间的误差。在分析频率的有效频率范围内每点都进行此操作得出累计误差，在此基础上除以损伤前频响函数幅值，得到相对累计误差。根据相对累计误差的大小，评估全隐框式玻璃幕墙的损伤情况。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明具有实验设备简单、安装简单、易于操作，大量节约时间成本和人工成本等优点，可用于现场进行大量检测，具有很高的实用性和普及性。
附图说明
图1为本发明的全隐框玻璃幕墙边界结构密封胶损伤识别方法所用系统结构示意图；
图2为图1中A-A剖面图；
图3为加速度传感器的时程信号；
图4为力锤的时程信号；
图5为无损伤的工况与1工况第一次敲击频响函数的对比图像；
图6为无损伤的工况与2工况第一次敲击频响函数的对比图像；
图7为无损伤的工况与3工况的第一次敲击频响函数的对比图像；
图8为无损伤的工况与4工况的第一次敲击频响函数的对比图像。
其中：1-加速度传感器；2-力锤；3-信号采集仪；4-计算机；5-报警装置；6-玻璃面板；7-结构密封胶；8-支撑框架。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种全隐框玻璃幕墙边界结构密封胶损伤识别方法。
该方法包括步骤如下：
S1：制作一块与待检测玻璃幕墙相同并且结构密封胶完好的玻璃幕墙；
S2：取两个加速度传感器1分别安装在S1中制得的玻璃幕墙的玻璃面板6上长边四分之一与短边四分之一相交位置和待检测玻璃幕墙的玻璃面板6上长边四分之一与短边四分之一相交位置；
S3：将两个力锤2和S2中的两个加速度传感1分别与两个信号采集仪3相连，以加速度传感器1为中心，半径为3cm的范围内用力锤2敲击玻璃面板6；
S4：力锤2敲击S1中制得的结构密封胶完好的玻璃幕墙的玻璃面板，同时测量力锤的力信号和加速度传感器的加速度信号，计算无损伤玻璃幕墙的频率响应函数；
S5：力锤2敲击待检测玻璃幕墙的玻璃面板，同时测量力锤的力信号和加速度传感器的加速度信号，计算待检测玻璃幕墙的频率响应函数；
S6：由S5中待检测玻璃幕墙和S4中无损伤玻璃幕墙的频率响应函数计算待检测玻璃幕墙频率响应函数的相对累计误差；
S7：根据S6中相对累计误差判断待检测玻璃幕墙的损伤情况。
该方法所用系统如图1和图2所示，包括加速度传感器1、力锤2、信号采集仪3、计算机4、报警装置5、玻璃面板6、结构密封胶7和支撑框架8；其中，玻璃面板6通过结构密封胶7固定在支撑框架8中，加速度传感器1安装在玻璃面板6表面，加速度传感器1和力锤2通过信号采集仪3，与计算机4相连，报警装置5连接计算机4。
其中，加速度传感器1安装在玻璃面板6上长边四分之一与短边四分之一相交位置。
力锤2用于敲击玻璃面板，以使玻璃面板产生振动。应当说明的是，必须控制好敲击的力度，以免敲击力度过大而对玻璃幕墙产生额外的损伤，包括击破玻璃面板。力锤2垂直敲击玻璃面板6，敲击位置以加速度传感器1为中心，半径为3cm的范围内。
S4和S5中，力信号和加速度信号的采样频率和采样时间长度相同。
S6中，相对累计误差RAE的数学表达式为：
式中：n为频率响应函数分析的有效频率，
|H0(ω)|为结构密封胶完好的玻璃幕墙频率响应函数的模，
|H1(ω)|为待检测玻璃幕墙频率响应函数的模。
S7中，相对累计误差大于0.1时，则待检测玻璃幕墙边界结构密封胶有损伤，报警器发出报警信号。
上述方法涉及的损伤识别方程的推到过程如下
在力锤作用下，玻璃面板的运动方程为：
式中t表示时间；表示加速度矩阵；[k]表示玻璃面板刚度系数矩阵；[c]为玻璃面板的阻尼矩阵，{P(t)}为荷载向量，在该测试方法中，仅在加速度传感器位置处的自由度有力锤f(t)作用，其余自由度全为0。初始条件为a(0)＝0，
由于测量的信号为加速度信号，对{a(t)}和{P(t)}做傅里叶变换分别为：
则对(1)式两边同时做傅里叶变换可得
则加速度的频响函数为
设加速度传感器安装位置的自由度为r，则对力锤敲击位置的自由度也为r，由此可得原点导纳为Hrr(ω)，简化为H(ω)。在实验过程中，加速度为离散信号，采样点数为N，时间间隔为Δt，则采用离散傅里叶变换可得：
则
因损伤前后幅值曲线会出现差异，故可将损伤前后频响函数幅值进行做差，得到两数之间的“误差”。并在分析频率范围内每点都进行此操作得出累计误差
式中：n为频响函数分析的有效频率，
|H0(ω)|为结构胶完好的情况下频响函数的幅值，
|H1(ω)|为有损伤的情况下频响函数的幅值；
在此基础上除以损伤前频响函数幅值得到相对累计误差
式中：n为频响函数分析的有效频率，
|H0(ω)|为结构胶完好的玻璃幕墙频响函数的幅值，
|H1(ω)|为有损伤的玻璃幕墙频响函数的幅值。
为验证上述理论的正确性以及在玻璃幕墙安全检测技术中的应用。以下以长度为1585mm，宽度为985mm的玻璃幕墙为例，分析损伤前后以及损伤程度对相对累计误差的影响。
实验用玻璃幕墙如图2所示，下表1中，1表示割开1位置处结构胶，2表示在1的基础上在割开2位置处的结构胶，以此类推。根据所割开结构胶的位置，将玻璃幕墙分为五种工况，完整情况下用0表示，其余依次为1、2、3、4。
表1全隐框幕墙面板损伤程度试验工况表
敲击玻璃面板，得到加速度信号和力的时程信号如图3、图4所示。无损伤工况与1工况、2工况、3工况和4工况第一次敲击频响函数的对比如图5、图6、图7和图8所示。按照上述步骤，得出频响函数，求其模。再根据函数值求其误差，从而得出其相对累计误差，相对累计误差的大小识别损伤的情况。
为保证结果的稳定性，现敲击三次，取其平均值。结果如下表2所示。
表2各工况下敲击结果
从上述表中可以看出，当全隐框有损伤时，平均相对累计误差大于0.1。再根据工况1、2、3、4的结果，且损伤的程度越大，累计误差值越大，这完全印证了该算法的可靠性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种全隐框玻璃幕墙边界结构密封胶损伤识别方法，其特征在于：包括步骤如下：
S1：制作一块与待检测玻璃幕墙相同并且结构密封胶完好的玻璃幕墙；
S2：取两个加速度传感器(1)分别安装在S1中制得的玻璃幕墙的玻璃面板(6)上长边四分之一与短边四分之一相交位置和待检测玻璃幕墙的玻璃面板(6)上长边四分之一与短边四分之一相交位置；
S3：将两个力锤(2)和S2中的两个加速度传感(1)分别与两个信号采集仪(3)相连，以加速度传感器(1)为中心，半径为3cm的范围内用力锤(2)敲击玻璃面板(6)；
S4：力锤(2)敲击S1中制得的结构密封胶完好的玻璃幕墙的玻璃面板，同时测量力锤的力信号和加速度传感器的加速度信号，计算无损伤玻璃幕墙的频率响应函数；
S5：力锤(2)敲击待检测玻璃幕墙的玻璃面板，同时测量力锤的力信号和加速度传感器的加速度信号，计算待检测玻璃幕墙的频率响应函数；
S6：由S5中待检测玻璃幕墙和S4中无损伤玻璃幕墙的频率响应函数计算待检测玻璃幕墙频率响应函数的相对累计误差；
S7：根据S6中相对累计误差判断待检测玻璃幕墙的损伤情况。
2.根据权利要求1所述的全隐框玻璃幕墙边界结构密封胶损伤识别方法，其特征在于：所述加速度传感器(1)安装在玻璃面板(6)上长边四分之一与短边四分之一相交位置。
3.根据权利要求1所述的全隐框玻璃幕墙边界结构密封胶损伤识别方法，其特征在于：所述力锤(2)垂直敲击玻璃面板(6)，敲击位置以加速度传感器(1)为中心，半径为3cm的范围内。
4.根据权利要求1所述的全隐框玻璃幕墙边界结构密封胶损伤识别方法，其特征在于：所述S4和S5中，力信号和加速度信号的采样频率和采样时间长度相同。
5.根据权利要求1所述的全隐框玻璃幕墙边界结构密封胶损伤识别方法，其特征在于：所述S6中，相对累计误差RAE的数学表达式为：
式中：n为频率响应函数分析的有效频率，
|H0(ω)|为结构密封胶完好的玻璃幕墙频率响应函数的模，
|H1(ω)|为待检测玻璃幕墙频率响应函数的模。
6.根据权利要求1所述的全隐框玻璃幕墙边界结构密封胶损伤识别方法，其特征在于：所述S7中，相对累计误差大于0.1时，则待检测玻璃幕墙边界结构密封胶有损伤，报警器发出报警信号。
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