CN111579643A - 一种古建筑木梁基于曲率模态的损伤鉴定方法 - Google Patents

一种古建筑木梁基于曲率模态的损伤鉴定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111579643A
CN111579643A CN202010471066.4A CN202010471066A CN111579643A CN 111579643 A CN111579643 A CN 111579643A CN 202010471066 A CN202010471066 A CN 202010471066A CN 111579643 A CN111579643 A CN 111579643A
Authority
CN
China
Prior art keywords
curvature
mode
node
wood
wood beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010471066.4A
Other languages
English (en)
Inventor
谢启芳
张保壮
张利朋
郑建国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Architecture and Technology
Original Assignee
Xian University of Architecture and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Architecture and Technology filed Critical Xian University of Architecture and Technology
Priority to CN202010471066.4A priority Critical patent/CN111579643A/zh
Publication of CN111579643A publication Critical patent/CN111579643A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/045—Analysing solids by imparting shocks to the workpiece and detecting the vibrations or the acoustic waves caused by the shocks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0238—Wood

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

一种古建筑木梁基于曲率模态的损伤鉴定方法，包括以下步骤；沿着长度为L的木梁构件的纵向等距离划分成若干单元，根据梁长度确定单元数，并在每个单元节点上面标上编号，编号顺序为1～n，加速度传感器1需沿梁底的纵向等距离从跨中向两端布置，且数量控制为奇数，至少3个；采用多点输入多点输出的方法进行模态试验，用冲击力锤3从第一节点依次敲至最后节点，将所得数据的平均值作为最终结果；利用网络分布式信号采集分析仪2对采集的信号进行分析处理；采用中心差分法将模态试验所得位移数据转化为曲率，绘制出曲率模态图进行分析。本发明以实现在不破坏木构件的前提下，现场方便、快捷地检测鉴定出木梁构件关键部位的损伤指标。

Description

一种古建筑木梁基于曲率模态的损伤鉴定方法
技术领域
本发明涉及木材技术领域，特别涉及一种古建筑木梁基于曲率模态的损伤鉴定方法。
背景技术
现存的古建筑木结构由于人为、自然等因素的作用，已经出现了不同程度的损伤，如：干缩裂缝、腐朽、虫蛀。鉴于古建筑木结构具有极高的历史价值、艺术价值和科学价值，加强古建筑木结构的保护已刻不容缓。
对古建筑木结构进行健康监测和损伤鉴定是保护古建筑木结构的有效手段。目前国内外学者对损伤木构件检测鉴定技术十分重视，针对古建筑木结构的残损不断使用新技术、新设备进行更新及尝试，如使用应力波、阻抗仪、超声波等对木构件残损情况进行判别，但以上检测技术及设备均对古建筑木构件本身具有微创，实际工程中对于一些具有特殊历史价值的文物保护单位应保留古建筑的原真性，每件木构件都进行设备的检测无疑是对文物的二次破坏，同时也加大了检测人员的劳动强度。采用无损鉴定方法，于古建筑木结构现场，快速鉴定出木构件的损伤位置和损伤程度，是制订古建筑木结构保护、修缮方案的前提和基础。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种古建筑木梁基于曲率模态的损伤鉴定方法，以实现在不破坏木构件的前提下，现场方便、快捷地检测鉴定出木梁构件关键部位的损伤指标(损伤位置和损伤程度)。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种古建筑木梁基于曲率模态的损伤鉴定方法，包括以下步骤；
(1)沿着长度为L的木梁构件的纵向等距离划分成若干单元，根据梁长度确定单元数，每个单元作为一个节点，并在每个节点上面标上编号，编号顺序为1～n，沿梁底的纵向等距离从跨中向两端布置加速度传感器1，且加速度传感器1的数量控制为奇数，至少3个，以便进行数据的互补。
(2)采用多点输入多点输出的方法进行模态试验，用冲击力锤3从第一节点依次敲至最后节点，对每个节点连敲击3次，将所得数据的平均值作为最终结果；
(3)利用网络分布式信号采集分析仪2对采集的信号进行分析处理；所述的信号通过冲击力锤3和加速度传感器1传递至信号采集分析仪2，采用中心差分法将模态试验所得位移数据转化为曲率，绘制出曲率模态图进行分析。
所述的中心差分法将位移模态转化为曲率模态的公式如下：
Figure BDA0002514315250000021
这里，φi″为曲率模态；yi为位移模态；l为两个相邻测点之间的距离；i为第测点编号，也就是说，提取在模态试验中每个节点位移振型模态，带入上述公式，即可求得木构件每个节点的曲率模态。
所述的测点数量、测点位置选择应考虑两个方面的要求：(1)能够在变形后明确显示在试验频段内的所有模态的变形特征及各模态间的变形区别；(2)保证所关心的结构点都在所选的测量点之中。
所述的模态试验为低阶模态。
所述的单元通常为500mm一个。
所述的采用力锤激振的方法适用于中小型木梁构件，锤击时，顶帽与构件发生冲击接触，传递给结构的冲击力近乎为半正弦形，在力锤的使用过程中要避免反跳造成多次冲击，否则这种多次冲击信号会造成信号处理阶段的困难。
本发明的有益效果：
(1)具有便携性强、操作简单、检测准确度高等优点。(2)适于古建筑现场检测，非破损、快速得到被检测木梁构件的残损指标；(3)为古建筑木结构的保护和修缮方案的制订，提供可靠的数据支持。
附图说明
图1为本发明的木梁构件损伤鉴定装置示意图。
图2曲率模态图。
图1中：1、加速度传感器，2、信号采集分析仪，3、冲击力锤。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示：(1)沿着长度为L的木梁构件的纵向等距离划分成若干单元，根据梁长度确定单元数，每个单元作为一个节点，为了避免错过关键的损伤部位，通常为500mm一个，并在每个单元节点上面标上编号，编号顺序为1～n。加速度传感器1需沿梁底的纵向等距离从跨中向两端布置，且数量控制为奇数，至少3个，以便进行数据的互补。
(2)采用多点输入多点输出的方法进行模态试验，用激振器的力锤3从第一节点依次敲至最后节点，对每个节点连敲击3次，将所得数据的平均值作为最终结果。
(3)利用网络分布式采集分析仪2对采集的信号进行分析处理；采用中心差分法将模态试验所得位移模态数据转化为曲率模态，绘制出曲率模态图进行分析。
取划分为44个单元、45个节点的木梁构件的曲率模态图作为说明(图2)，其中曲线在22～23节点范围内发生了明显的突变，就说明22单元处存在损伤，就可以准确的判定出木梁构件的损伤位置(22单元处)；根据22单元处曲线突变程度的大小，在一定程度上可以反映出木梁构件的损伤程度。
中心差分法将位移模态转化为曲率模态的公式如下：
Figure BDA0002514315250000041
这里，φi″为曲率模态，yi为位移模态，l为两个相邻测点之间的距离，i为节点编号。也就是说，提取在模态试验中每个节点位移振型模态，带入上述公式，即可求得木梁构件每个节点的曲率模态。
所述的测点数量、测点位置选择应考虑两个方面的要求：(1)能够在变形后明确显示在试验频段内的所有模态的变形特征及各模态间的变形区别；(2)保证所关心的结构点都在所选的测量点之中。
所述的模态试验为低阶模态。
所述的低阶模态能够很好的反映损伤信息，且容易获得、相对准确，所以只绘制前两阶曲率模态图较为准确。
所述的采用力锤激振的方法适用于中小型木梁构件，锤击时，顶帽与构件发生冲击接触，传递给结构的冲击力近乎为半正弦形，在力锤的使用过程中要避免反跳造成多次冲击，否则这种多次冲击信号会造成信号处理阶段的困难。
力锤敲击时，不要用力过猛，以免造成构件局部变形超出弹性范围。
本发明利用激励设备、传感系统和分析系统三类测试仪器对古建筑木梁构件进行模态测试，其中激励设备采用冲击力锤，传感系统采用加速度传感器，分析系统采用网络分布式采集分析仪。

Claims (5)

1.一种古建筑木梁基于曲率模态的损伤鉴定方法，其特征在于，包括以下步骤；
(1)沿着长度为L的木梁构件的纵向等距离划分成若干单元，根据梁长度确定单元数，每个单元作为一个节点，并在每个单元节点上面标上编号，编号顺序为1～n，加速度传感器1需沿梁底的纵向等距离从跨中向两端布置，且数量控制为奇数，至少3个，以便进行数据的互补。
(2)采用多点输入多点输出的方法进行模态试验，用冲击力锤3从第一节点依次敲至最后节点，对每个节点连敲击3次，将所得数据的平均值作为最终结果；
(3)利用网络分布式信号采集分析仪2对采集的信号进行分析处理；所述的信号通过冲击力锤3和加速度传感器1传递至信号采集分析仪2，采用中心差分法将模态试验所得位移数据转化为曲率，绘制出曲率模态图进行分析。
2.根据权利要求1所述的一种古建筑木梁基于曲率模态的损伤鉴定方法，其特征在于，所述的中心差分法将位移模态转化为曲率模态的公式如下：
Figure FDA0002514315240000011
这里，φ″i为曲率模态；yi为位移模态；l为两个相邻测点之间的距离；i为第测点编号，也就是说，提取在模态试验中每个节点位移振型模态，带入上述公式，即可求得木构件每个节点的曲率模态。
3.根据权利要求1所述的一种古建筑木梁基于曲率模态的损伤鉴定方法，其特征在于，所述的测点数量、测点位置选择应考虑两个方面的要求：(1)能够在变形后明确显示在试验频段内的所有模态的变形特征及各模态间的变形区别；(2)保证所关心的结构点都在所选的测量点之中。
4.根据权利要求1所述的一种古建筑木梁基于曲率模态的损伤鉴定方法，其特征在于，所述的模态试验为低阶模态。
5.根据权利要求1所述的一种古建筑木梁基于曲率模态的损伤鉴定方法，其特征在于，所述的单元通常为500mm一个。
CN202010471066.4A 2020-05-28 2020-05-28 一种古建筑木梁基于曲率模态的损伤鉴定方法 Pending CN111579643A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010471066.4A CN111579643A (zh) 2020-05-28 2020-05-28 一种古建筑木梁基于曲率模态的损伤鉴定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010471066.4A CN111579643A (zh) 2020-05-28 2020-05-28 一种古建筑木梁基于曲率模态的损伤鉴定方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111579643A true CN111579643A (zh) 2020-08-25

Family

ID=72125667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010471066.4A Pending CN111579643A (zh) 2020-05-28 2020-05-28 一种古建筑木梁基于曲率模态的损伤鉴定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111579643A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104007175A (zh) * 2014-05-09 2014-08-27 华南理工大学 一种悬臂柔性梁多裂缝损伤识别装置及方法
CN108226399A (zh) * 2018-01-23 2018-06-29 中冶建筑研究总院有限公司 一种基于模态参数的张弦结构损伤组合识别方法
CN109115877A (zh) * 2018-08-07 2019-01-01 广东工业大学 一种基于dic技术的曲率模态损伤识别方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104007175A (zh) * 2014-05-09 2014-08-27 华南理工大学 一种悬臂柔性梁多裂缝损伤识别装置及方法
CN108226399A (zh) * 2018-01-23 2018-06-29 中冶建筑研究总院有限公司 一种基于模态参数的张弦结构损伤组合识别方法
CN109115877A (zh) * 2018-08-07 2019-01-01 广东工业大学 一种基于dic技术的曲率模态损伤识别方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱之基 等: "混凝土灌注桩质量无损检测技术", 人民交通出版社 *
薛刚 等: "基于曲率模态的钢筋混凝土梁损伤检测研究", 《施工技术》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108318584B (zh) 单孔声波联合跨孔ct检测桩身质量和倾斜度的方法
CN104198144B (zh) 一种基于长标距光纤应变传感器的中小桥梁快速检测方法
CN105067239B (zh) 基于扫频激励振动的梁裂纹故障检测装置及方法
CN107300432B (zh) 一种用于实现现场自适应索力测量的方法和装置
CN205843918U (zh) 板梁结构载荷识别和损伤识别的多功能试验台
CN108867721B (zh) 一种风机基础环锚固缺陷引起的基础损伤的检测方法
CN106596287A (zh) 工具式砌体抗弯强度试验侧向加载装置
CN106918389A (zh) 一种基于多普勒光学位移法的振型分析方法及其应用
CN107063526A (zh) 基于临界折射纵波的钢构件绝对应力分布的检测方法
Lorenzi et al. Investigation of the potential for evaluation of concrete flaws using nondestructive testing methods
CN106383003A (zh) 基于柔度识别的索结构索力的测量方法及测量系统
CN116307939B (zh) 一种水泥电杆质量智能预筛检分析系统
CN111579643A (zh) 一种古建筑木梁基于曲率模态的损伤鉴定方法
CN112285651A (zh) 基于特征提取矩阵相似度识别复合材料冲击源位置的方法及系统
CN106839960A (zh) 一种用于木结构榫卯节点尺寸及内部缺陷的无损检测方法
CN113138033B (zh) 一种基于深度学习的钢管混凝土内表层空腔定量评估方法
CN112432694B (zh) 基于分布式光纤传感器的工业厂房动力监测方法
CN113237582B (zh) 一种工程验收用墙体内应力检测方法及检测系统
CN112082469A (zh) 一种结构弯曲变形的无损检测方法
CN112213396A (zh) 一种轨道交通无砟轨道板无损检测方法
CN114034774B (zh) 一种房屋结构快速扫描及探伤方法
CN114720041B (zh) 一种基于三维激光扫描的拱桥吊杆施工索力变化监测方法
CN115144259B (zh) 一种钢材抗形变性能检测方法及系统
Łątka et al. Optical measurements in the field of masonry construction laboratory tests
Wang et al. Monitoring and analysis of ancient building columns on the basis of relative dynamic method

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination