[发明专利]土木工程结构地基约束能力动态检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种土木工程结构地基约束能力检测技术，尤其是一种对已建成使用中的结构地基进行约束能力测定的动态检测方法及其装置，具体地说是一种土木工程结构地基约束能力动态检测方法及装置。

背景技术

目前，随着我国经济的飞速发展和和科技水平的提高，土木工程结构的设计理论和建造技术不断发展，人们建造了多种形式的民用、工业建筑、高大的立交桥、城市高架桥及跨江、河和海湾的大桥。相对于上部结构而言，土木工程结构的基础设计更为复杂，其力学耐久性研究和病害诊断也更显困难。在风化、冰冻和水土流失等环境条件下再受往复风荷载影响，结构的基础受力在最大压力和拉力之间变化，这些力引起的微小裂缝会加速基础的腐蚀并导致基础承载力降低，从而缩短结构的使用寿命。对一些建在软弱地基上的结构，在使用期内或多或少因某种原因(如差异沉降，温度变化)受过损伤，而风载荷、工作载荷和地震载荷引起的附加应力则加速了这种损伤的发展。对完好且无异常应力变化的工程结构也有可能因为振动而导致较大的地基位移或失稳(如饱和土软化或液化，边坡坍塌)。工程结构按其地基承载能力适当选定了基础底面尺寸，一般可保证结构在防止地基剪切破坏时具有足够的安全度，但在荷载作用下，地基沉降总要发生，而不正常的地基沉降变形极易导致结构的开裂、失稳，形成危险的构筑物。近10年土木工程结构的变形监测表明，土木工程上部结构的变形与地基的不均匀沉降和形成事故有直接联系。

土下结构的技术状态及其变化是确定其力学特性及工程可靠性的重要依据。由于地基变形而引起的结构与地基的相互作用就成为一个重要问题。作为结构病害诊断的主要目的，在实际工程测量中，要想直接测得工程结构基础约束刚度是很难的。传统的识别地基约束能力的方法大多建立在土力学基础上，这些土力学统计参数会随时间和各地区的地质及环境条件的不同而改变，分布复杂且检测困难。目前尚未有一种能在已建成的结构中有效测定地基约束能力的技术。

发明内容

本发明的目的是针对目前已建成土木工程结构地基约束能力检测缺乏有效手段的问题，发明一种检测效果好、使用范围广泛、实施方便土木工程结构地基约束能力动态检测方法及装置。

本发明的技术方案之一是：

一种土木工程结构地基约束能力动态检测方法，其特征是它包括以下步骤：

第一步：在被检测结构上设置传感器为数据采集作准备；

第二步：利用设置的传感器采集被测结构环境振动响应，并进行傅里叶变换即FFT分析，得到结构的自振基频ω_1，0，此时被测结构上部的质量假设为M₀；

第三步：在被测结构上进行第一次加载，此时结构上部的质量假设为M₁；采集此时被测结构的环境振动响应，并进行傅里叶变换即FFT分析，得到被测结构的第一次加载时的自振基频ω_1，1；

第四步：在被测结构上进行第二次加载，此时被测结构上部的质量假设为M₂；采集此时被测结构的环境振动响应，并进行傅里叶变换即FFT分析，得到结构的第二次加载时的自振基频ω_1，2；

第五步：将三次测得自振基频ω_1，0、第一次加载时的自振基频ω_1，1、第二次加载时的自振基频ω_1，2以及被测结构的自身质量、刚度、材料性能参数输入以下公式，即可计算出结构的平动约束刚度k₁、转动约束刚度k₂和竖向约束刚度k₃，为被测结构地基安全监测提供计算所需的依据：