CN111678664B - 一种基于振动分析的幕墙板块脱落风险判别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于振动分析的幕墙板块脱落风险判别方法，包括以下步骤，步骤一、振动模态频率获取；步骤二、振动模态频率修正，考虑结构胶老化和玻璃厚度因素；步骤三、振动模态频率比较；步骤四、脱落风险判断；针对单个玻璃面板特定阶数的振动频率，通过公式修正的方式考虑影响玻璃板块振动模态的两种主要因素，在此基础上利用试验获取的图表数据与同样尺寸玻璃板块的参考频率相比较，判断被测玻璃板块的脱落风险。与目前已有方法相比，考虑因素更全面，适用性更广，进一步推动基于振动分析的幕墙板块脱落风险判别方法在实际工程中应用。

Description

一种基于振动分析的幕墙板块脱落风险判别方法
技术领域
本发明属于幕墙检测技术领域，特别涉及一种基于振动分析的幕墙板块脱落风险判别方法。
背景技术
玻璃幕墙是建筑结构的外围护结构，具有防风、防水等作用和装饰美观的效果。玻璃幕墙在长期使用过程中，其使用的结构胶、螺栓、龙骨等均存在不同程度的性能退化、松动和腐蚀等现象，影响了作用在幕墙玻璃上的粘结力和紧固力，造成幕墙玻璃松动，极端情况下幕墙玻璃可能脱落。幕墙玻璃的松动和脱落不仅影响其使用功能，如防风、防水等作用，其最大的危害是高空坠落所导致的人员伤亡和财产损失。近年来，我国发生了多起幕墙玻璃坠落事故，造成严重后果。
对于上述事故防患于未然的方法，一方面是改进设计方法和施工安装技术等，另一方面需要对现有玻璃幕墙定期进行大规模检测，尤其是超过设计使用年限，使用过程中长期遭受阳光照射、潮湿雨水和强风影响的玻璃幕墙。然而，目前适用于玻璃幕墙，且简单、高效、可靠的松动和脱落风险检测方法非常少。基于振动的方法是近年来由学者提出的一种玻璃幕墙松动和脱落风险检测方法。该方法的主要原理为，幕墙玻璃的松动是由于其四周边界条件发生了改变，而边界条件的改变会影响到幕墙玻璃的自振频率。因此，通过振动法测量结构某阶振动频率的改变可判断其边界条件是否变化，从而分析出幕墙玻璃的松动程度和脱落风险。
实际应用中，玻璃板块的初始振动频率往往是未知的，这种情况下，通常假设同一批次测试中，大量相同尺寸的玻璃板块中只有少量玻璃板块会发生脱落风险，此时，通过横向比较，可挑选出少数振动频率异常的玻璃板块，认为其脱落风险较大。上述方法尚无法解决实际工程应用中诸多更普遍和更复杂的情况，玻璃板块尺寸不同、厚度不同，固定玻璃板块的结构胶老化程度不同。上述因素都在一定程度上影响玻璃板块的振动频率，从而影响脱落风险判别的正确性。因此，进一步发展新的基于振动分析的玻璃幕墙脱落风险判别方法对于保证幕墙结构安全、保证结构正常使用功能、保证人民生命财产安全具有重要意义。
发明内容
本发明提供了一种基于振动分析的幕墙板块脱落风险判别方法，用以解决目前没有简单、高效、可靠的松动和脱落风险检测方法的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于振动分析的幕墙板块脱落风险判别方法，包括以下步骤，
步骤一、振动模态频率获取；选取玻璃板块上的位置，进行振动激励与采集，获取振动频率；
步骤二、振动模态频率修正，考虑结构胶老化和玻璃厚度因素对振动模态频率进行修正；
通过公式(a)来考虑结构胶老化的影响：
fc1＝ft+a·(y-1) (a)；
其中，fc1为剔除结构胶老化影响后的修正频率，ft为结构胶老化影响的实测振动频率，y为结构胶使用时间，单位为年；a为系数，通过试验确定；
通过公式(b)来考虑玻璃厚度因素：
fc2＝fc1+mΔt (b)；
其中，fc2为剔除玻璃板块厚度影响后的修正频率，Δt＝t-6为被测玻璃板块与6mm玻璃板块间差值；m为系数，通过试验确定；
步骤三、振动模态频率比较；通过实验得到频率点，绘制不同尺寸玻璃板块第二阶振动频率绘制而成的曲面图，实际玻璃幕墙的修正后的玻璃板块振动频率fc2与曲面图中的相同尺寸的频率相比较，如果所检测的玻璃板块尺寸在曲线图所示尺寸范围内，但没有对应的尺寸值，则通过线性插值得到基准频率点，曲线图中的基准频率对应一具体数据表格，供计算和比较使用；
步骤四、脱落风险判断及报告建议；
对收集到的全部玻璃板块的频谱图进行分析，通过相对比较法和绝对比较法对板块频率进行计算，确定有问题的板块的位置；
通过公式(c)计算频率偏差：
Figure GDA0003173415790000021
式中f0为结构胶未老化时的原始振动频率，根据频率偏差所在范围判断脱落风险大小，该范围由实验确定，然后出具相关的检测报告，给业主相应的整改建议。
优选的，步骤一中，获取振动频率流程包括，
步骤a、设备连接；检测前应打开幕墙风险脱落检测仪电源，连接网络，将幕墙风险脱落检测仪与互联网设备连接起来，并将幕墙风险脱落检测仪与检测探头连接起来；步骤b、探头定位；检测前，选择信号激励或手动激励；选择手动激励时，需准备好带有力传感器的冲击力锤，冲击力锤敲击选取的位置；选择信号激励时，将激振器与传感器粘结于选取的位置；步骤c、放置好探头后，按“激励/采集”按钮，检测仪将采集到的振动信号和FFT谱显示在液晶界面上；步骤d、选择正确图像；如果频谱图正确，按“确定”键，发送至互联网设备，如果图像不正确，按“取消”键，然后检查幕墙风险脱落检测仪，删除错误数据，重复步骤b-c检测流程直至采集到正确数据；步骤e、保存频谱图；直接将频谱图上传至互联网设备或储存在检测仪内部储存卡内；步骤f、检测下一个单元；转移探头贴在另一个板块上，开始检测下一个单元，重复步骤b至e。
优选的，步骤一中，在矩形玻璃板块上作出十字对称线，十字对称线中较长的线上布设激励区域和传感器布设区域。
优选的，激励区域和传感器布设区域的中心分别位于中心线上1/4和3/4处，或将激励区域和传感器布设区域的中心同时位于中心线上1/4或3/4范围区域处。
优选的，激励区域和传感器布设区域的宽度方向分别占玻璃板块宽度的比例为1/2范围区域处。
本发明的有益效果体现在：针对单个玻璃板块特定阶数的振动频率，通过公式修正的方式考虑影响玻璃板块振动模态的两种主要因素，在此基础上利用试验获取的图表数据与同样尺寸玻璃板块的参考频率相比较，判断被测玻璃板块的脱落风险。与目前已有方法相比，考虑因素更全面，适用性更广，进一步推动基于振动分析的幕墙板块脱落风险判别方法在实际工程中应用。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解；本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。
附图说明
图1为振动模态频率获取的结构图；
图2为单块玻璃板块上激励区域和传感器布设区域示意图；
图3通过一系列试验测试得到的一边长为0.6m，另一边长从0.6米到1.4米(变化间隔为0.05米)，厚度为6mm的玻璃板块第2阶振动频率曲线；
图4是实验获得的所提及的由不同尺寸频率点组成的曲面。
附图标记：1、玻璃板块；2、硅酮耐候密封条；3、数据采集装置；4、幕墙风险脱落检测装置；5、激励区域；6、传感器布设区域；7、十字对称线。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为对本发明技术方案的限制。
一种基于振动分析的幕墙板块脱落风险判别方法，包括以下步骤，
步骤一、振动模态频率获取；选取玻璃板块上的位置，进行振动激励与采集，获取振动频率；
步骤二、振动模态频率修正，考虑结构胶老化和玻璃厚度因素对振动模态频率进行修正；
通过公式(a)来考虑结构胶老化的影响：
fc1＝ft+a·(y-1) (a)；
其中，fc1为剔除结构胶老化影响后的修正频率，ft为结构胶老化影响的实测振动频率，y为结构胶使用时间，单位为年；a为系数，通过试验确定；
通过公式(b)来考虑玻璃厚度因素：
fc2＝fc1+mΔt (b)；
其中，fc2为剔除玻璃板块厚度影响后的修正频率，Δt＝t-6为被测玻璃板块与6mm玻璃板块间差值；m为系数，通过试验确定；
步骤三、振动模态频率比较；通过实验得到频率点，绘制不同尺寸玻璃板块第二阶振动频率绘制而成的曲面图，实际玻璃幕墙的修正后的玻璃板块振动频率fc2与曲面图中的相同尺寸的频率相比较，如果所检测的玻璃板块尺寸在曲线图所示尺寸范围内，但没有对应的尺寸值，则通过线性插值得到基准频率点，曲线图中的基准频率对应一具体数据表格，供计算和比较使用；
步骤四、脱落风险判断及报告建议；
对收集到的全部玻璃板块的频谱图进行分析，通过相对比较法和绝对比较法对板块频率进行计算，确定有问题的板块的位置；
通过公式(c)计算频率偏差：
Figure GDA0003173415790000041
式中f0为结构胶未老化时的原始振动频率，根据频率偏差所在范围判断脱落风险大小，该范围由实验确定，然后出具相关的检测报告，给业主相应的整改建议。
步骤一中，获取振动频率流程包括，
步骤a、设备连接；检测前应打开幕墙风险脱落检测仪电源，连接网络，将幕墙风险脱落检测仪与互联网设备连接起来，并将幕墙风险脱落检测仪与检测探头连接起来；步骤b、探头定位；检测前，选择信号激励或手动激励；选择手动激励时，需准备好带有力传感器的冲击力锤，冲击力锤敲击选取的位置；选择信号激励时，将激振器与传感器粘结于选取的位置；步骤c、放置好探头后，按“激励/采集”按钮，检测仪将采集到的振动信号和FFT谱显示在液晶界面上；步骤d、选择正确图像；如果频谱图正确，按“确定”键，发送至互联网设备，如果图像不正确，按“取消”键，然后检查幕墙风险脱落检测仪，删除错误数据，重复步骤b-c检测流程直至采集到正确数据；步骤e、保存频谱图；直接将频谱图上传至互联网设备或储存在检测仪内部储存卡内；步骤f、检测下一个单元；转移探头贴在另一个板块上，开始检测下一个单元，重复步骤b至e。
结合图1和图2，步骤一中选取玻璃板块1上的位置时，玻璃板块1之间为硅酮耐候密封胶2，较好的位置方案是在玻璃板块1上作出十字对称线3，十字对称线7中较长的线上的对称位置布设激励区域5和传感器布设区域6。激励区域5和传感器布设区域6的中心分别位于中心线上1/4和3/4处，或将激励区域和传感器布设区域的中心同时位于中心线上1/4或3/4范围区域处。
激励区域5和传感器布设区域6的宽度方向分别占玻璃板块1宽度的比例为1/2范围区域处。
如图3和图4，根据步骤一的激励和测点位置，图3为通过一系列试验测试得到的一边长为0.6m，另一边长从0.6米到1.4米(变化间隔为0.05米)，厚度为6mm的玻璃板块第2阶振动频率曲线，图4为实验获得的所提及的由不同尺寸频率点组成的曲面，图3曲线实际上是图4中的一条曲线。上述系列测试在结构胶未发生老化时进行。可以看出，当玻璃板块一边尺寸固定时，其第2阶振动频率随另一边尺寸变大而降低，两者关系为非线性关系，前期变化较大，后期变化趋缓。在本实施例中，该曲线作为基准曲线，用于玻璃板块1脱落风险评估。对应的频率值见表1。
表1不同边长下玻璃板块第2阶振动频率
边长(m) 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1.0
频率(Hz) 163.01 148.35 135.71 124.88 115.63 107.72 100.95 95.13 90.09
边长(m) 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 /
频率(Hz) 85.72 81.91 78.57 75.62 73.01 70.70 68.63 66.80 /
以下通过实施案例来详细说明本发明的评判方法，以下的实施案例仅仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的评判方法，而不能解释为对本发明评判方法的限制。
现测试一块使用约5年的玻璃板块，尺寸为600mm×820mm，厚度为8mm。对其脱落风险判别过程如下：
步骤一，根据本发明提及的激励和测试位置，测得该玻璃板块第2阶振动频率为134Hz。
步骤二，结构胶使用5年后，因老化会导致弹性模量变大，本例综合文献和相关试验数据，取系数a＝-2.8(范围值)，得到修正后的频率fc1为122.8Hz。
玻璃厚度为8mm，比基准厚度厚2mm，本例综合文献和相关试验数据，取系数m＝-8.21(范围值)，得到修正后的频率fc2为106.38Hz。
步骤三，本例中玻璃尺寸为600mm×820mm，根据图4和表1中的数据，通过线性插值得到基准频率f0为112.47Hz。
步骤四，计算频率偏差ΔE＝|106.38-112.47|/112.47×100％＝5.4％。本例综合文献和相关试验数据，取30％(范围值)为存在脱落风险。因此，根据修正后的频率判断本例中的玻璃板块无脱落风险。
针对单个玻璃板块特定阶数的振动频率，通过公式修正的方式考虑影响玻璃板块1振动模态的两种主要因素，在此基础上利用试验获取的图表数据与同样尺寸玻璃板块1的参考频率相比较，判断被测玻璃板块1的脱落风险。与目前已有方法相比，考虑因素更全面，适用性更广，进一步推动基于振动分析的幕墙板块脱落风险判别方法在实际工程中应用。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于振动分析的幕墙板块脱落风险判别方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一、振动模态频率获取；选取玻璃板块上的位置，进行振动激励与采集，获取振动频率；
步骤二、振动模态频率修正，考虑结构胶老化和玻璃厚度因素对振动模态频率进行修正；
通过公式(a)来考虑结构胶老化的影响：
fc1＝ft+a·(y-1) (a)；
其中，fc1为剔除结构胶老化影响后的修正频率，ft为结构胶老化影响的实测振动频率，y为结构胶使用时间，单位为年；a为系数，通过试验确定；
通过公式(b)来考虑玻璃厚度因素：
fc2＝fc1+m△t (b)；
其中，fc2为剔除玻璃板块厚度影响后的修正频率，Δt＝t-6为被测玻璃板块与6mm玻璃板块间差值；m为系数，通过试验确定；
步骤三、振动模态频率比较；通过实验得到频率点，绘制不同尺寸玻璃板块第二阶振动频率绘制而成的曲面图，实际玻璃幕墙的修正后的玻璃板块振动频率fc2与曲面图中的相同尺寸的频率相比较，如果所检测的玻璃板块尺寸在曲线图所示尺寸范围内，但没有对应的尺寸值，则通过线性插值得到基准频率点，曲线图中的基准频率对应一具体数据表格，供计算和比较使用；
步骤四、脱落风险判断及报告建议；
对收集到的全部玻璃板块的频谱图进行分析，通过相对比较法和绝对比较法对板块频率进行计算，确定有问题的板块的位置；
通过公式(c)计算频率偏差：
Figure FDA0003173415780000011
式中f0为结构胶未老化时的原始振动频率，根据频率偏差所在范围判断脱落风险大小，该范围由实验确定，然后出具相关的检测报告，给业主相应的整改建议。
2.根据权利要求1所述的一种基于振动分析的幕墙板块脱落风险判别方法，其特征在于：步骤一中，获取振动频率流程包括，
步骤a、设备连接；检测前应打开幕墙风险脱落检测仪电源，连接网络，将幕墙风险脱落检测仪与互联网设备连接起来，并将幕墙风险脱落检测仪与检测探头连接起来；步骤b、探头定位；检测前，选择信号激励或手动激励；选择手动激励时，需准备好带有力传感器的冲击力锤，冲击力锤敲击选取的位置；选择信号激励时，将激振器与传感器粘接于选取的位置；步骤c、放置好探头后，按“激励/采集”按钮，检测仪将采集到的振动信号和FFT谱显示在液晶界面上；步骤d、选择正确图像；如果频谱图正确，按“确定”键，发送至互联网设备，如果图像不正确，按“取消”键，然后检查幕墙风险脱落检测仪，删除错误数据，重复步骤b-c检测流程直至采集到正确数据；步骤e、保存频谱图；直接将频谱图上传至互联网设备或储存在检测仪内部储存卡内；步骤f、检测下一个单元；转移探头贴在另一个板块上，开始检测下一个单元，重复步骤b至e。
3.根据权利要求1所述的一种基于振动分析的幕墙板块脱落风险判别方法，其特征在于：步骤一中，在玻璃板块上作出十字对称线，十字对称线中较长的线上布设激励区域和传感器布设区域。
4.根据权利要求3所述的一种基于振动分析的幕墙板块脱落风险判别方法，其特征在于：激励区域和传感器布设区域的中心分别位于中心线上1/4和3/4范围区域处，或将激励区域和传感器布设区域的中心同时位于中心线上1/4或3/4范围区域处。
5.根据权利要求4所述的一种基于振动分析的幕墙板块脱落风险判别方法，其特征在于：激励区域和传感器布设区域的宽度方向分别占玻璃板块宽度的比例为1/2范围区域处。
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