[发明专利]一种用于挡土墙结构系统的损伤识别方法

说明书

技术领域

本发明属于挡土墙健康诊断技术领域，涉及一种用于挡土墙结构系统的损伤识别方法。

背景技术

目前，关于土木工程结构损伤识别的方法大都是针对梁、板、柱等结构构件，或是针对建筑结构、桥梁结构等结构形式。而针对挡土墙这类岩土支挡结构的损伤识别方法相对较少。此外，已有的挡墙结构损伤识别方法大都是基于动力参数法，但是对于挡墙结构而言，局部损伤对其动力参数(如频率、振型等)的影响很微弱。而且局部损伤往往对挡墙结构的高阶振型影响较大，但是由于现有技术的限制，精确量测其固有参数的变化十分困难。

因此，目前急需一种灵敏度高、可靠性好、方便高效的损伤识别方法用于诊断挡土墙结构系统的损伤。根据结构动力学方程：挡土墙结构系统在外界动力荷载激励下，挡土墙会产生动力响应(位移、速度、加速度)。挡土墙的局部损伤会导致挡土墙结构系统刚度K的降低，因此在外界动力荷载激励下，挡土墙损伤前后的动力响应会发生变化，因此通过结构动力响应变化来反映结构损伤。然而直接基于动力响应的小波包频带能量谱并不是挡墙结构的固有动力参数，它会随着外界荷载变化而变化。但是基于两点间虚拟脉冲响应函数的小波包频带能量谱则是挡墙结构的固有参数，所以对虚拟脉冲响应函数进行小波包分解可实现对挡墙的损伤识别。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于挡土墙结构系统的损伤识别方法，该方法首先求解测点间虚拟脉冲响应函数，然后结合小波包分析理论，对挡土墙结构系统响间虚拟脉冲响应函数信号进行小波包频带能量谱分析，基于小波包损伤特征向量谱和损伤识别指标，敏感判别挡墙损伤状态、有效诊断挡墙损伤位置以及识别挡墙损伤程度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于挡土墙结构系统的损伤识别方法，该方法包括以下步骤：

S1：通过激励装置对挡土墙进行连续激励；

S2：通过传感器采集挡土墙动力响应信号并传送给信号采集系统；

S3：通过计算机对采集信号进行处理，得到虚拟脉冲响应函数信号；

S4：通过计算机对虚拟脉冲响应函数信号进行小波包分解；

S5：对小波包分解后的信号进行小波包频带能量谱分析，建立小波包频带能量比谱{I_G}，然后创建小波包特征频带向量谱{I_P+1}；

S6：构建小波包损伤特征向量谱{DI_P+1}，通过{DI_P+1}判断挡土墙是否发生损伤；

S7：若挡墙发生损伤，通过损伤识别指标分布图诊断挡墙损伤位置；

S8：通过建立损伤识别指标与损伤程度间的定量关系识别挡墙损伤程度。

进一步，在步骤S3中，所述通过计算机对采集信号进行信号处理，得到虚拟脉冲响应函数信号，具体包括：以参考点的动力响应作为虚拟激励，测点的动力响应作为虚拟响应，然后计算虚拟激励与虚拟响应之间的虚拟脉冲响应函数H_yu(t,i,j)。

进一步，在步骤S4中，所述通过计算机对虚拟脉冲响应函数信号进行小波包分解具体包括：对最初无损的挡土墙和运营期挡土墙的虚拟脉冲响应函数信号进行多尺度小波包分解，得到各个频带的系数，并进行单支重构，得到各个子频带动力响应信号{f_j}。

进一步，在步骤S5中，所述对小波包分解后的信号进行小波包频带能量谱分析具体包括以下步骤：

1)计算子频带信号序列{f_j}中各子频带上的能量E_j占总能量的百分比，得到小波包初始频带能量比谱{I_g}；

2)对初始频带能量比谱{I_g}按能量比由高到低进行排序，得到一个新的频带能量比谱序列：小波包频带能量比谱{I_G}，然后创建小波包特征频带向量谱{I_P+1}。

进一步，在步骤S6中，具体包括以下步骤：

1)在小波包特征频带向量谱基础上，计算挡墙损伤前后第k个特征频带上的能量比偏差DI_k＝|I_ku-I_kd|，I_ku和I_kd分别表示第k个特征频带的能量比，然后构建小波包损伤特征向量谱{DI_P+1}；