一種用于擋土墻結構系統的損傷預警方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于擋土墻結構系統的損傷預警方法，屬于擋土墻監測【技術領域】。該預警方法包括以下步驟：步驟一：通過自動激勵裝置對擋土墻進行瞬時激勵；步驟二：通過傳感器獲取擋土墻動力響應信號并傳送給信號接收裝置；步驟三：通過計算機對接收信號進行小波包處理；步驟四：對小波包處理后的信號進行分析，判斷擋土墻是否發生損傷。該方法具有靈敏度高、成本低、操作簡便等特點，而且與同類的無損診斷方法相比，對局部損傷有很好的辨識能力，能夠有效地對擋土墻進行損傷預警，可廣泛用于各類巖土支擋結構，在未來具有很大的應用空間。
【專利說明】一種用于擋土墻結構系統的損傷預警方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于擋土墻監測【技術領域】，涉及一種用于擋土墻結構系統的損傷預警方法。
【背景技術】
[0002]目前，絕大多數建筑物損傷識別方法都是針對結構構件、建筑結構、橋梁結構等，而針對巖土支擋結構的損傷診斷方法相對較少。巖土支擋結構(擋土墻)是指支撐路基填土或山坡土體、防止填土或土體變形失穩的構造物。現有的巖土支擋結構損傷識別方法主要是基于動力參數法，但是對于巖土支擋結構而言，局部損傷對其動力參數(如自振頻率、振型特征等)的影響很微弱，而且往往只對結構的高階振型有影響。并且由于現有技術的限制，這些變化一般也是很難檢測的。
[0003]因此，目前急需一種操作方便、可靠性高的用于擋土墻結構系統的損傷預警方法。
同時，根據結構動力學方程:MU+CU+ KU = F(t)，擋土墻結構系統在外界動力荷載激勵
下，擋土墻會產生 動力響應(位移、速度、加速度)。擋土墻的局部損傷會導致擋土墻結構系統剛度K的降低，因此在外界動力荷載激勵下，擋土墻損傷前后的動力響應會發生變化，即在外界激勵下，擋土墻損傷前后的動力響應將產生差異，通過結構動力響應來反映結構損傷。本發明基于這樣的思想，結合小波包分析理論，對擋土墻結構系統的動力響應信號進行處理，并在小波包損傷特征向量的基礎上，實現了對擋土墻結構系統的損傷診斷和預警。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種成本低、靈敏度高、操作方便的用于擋土墻結構系統的損傷預警方法，該方法基于小波包能量譜的損傷識別方法可以敏感地識別結構損傷，并具有良好的抗噪聲干擾能力。而且該方法屬于無損檢測方法，不會對結構造成損壞，屬于無損診斷方法范疇。
[0005]為達到上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0006]一種用于擋土墻結構系統的損傷預警方法，所述預警方法包括以下步驟:步驟一:通過自動激勵裝置對擋土墻進行瞬時激勵；步驟二:通過傳感器獲取擋土墻動力響應信號并傳送給信號接收裝置；步驟三:通過計算機對接收信號進行小波包處理；步驟四:對小波包處理后的信號進行能量譜分析，確定特征頻帶；步驟五:定義損傷特征向量{DIk}，判斷擋土墻是否發生損傷，計算損傷程度。
[0007]進一步，在步驟三中，通過計算機對接收信號進行小波包處理，具體包括:
[0008]31)對最初無損的擋土墻和運營期擋土墻的動力響應信號進行多尺度小波包變換，得到各個頻帶的系數，并進行單支重構，得到各個子頻帶動力響應信號f' j；
[0009]32)對子頻帶信號分量f' ^按頻帶由低到高進行排序，得到一個按頻帶升序排列的子頻帶信號{f。[0010]進一步，在步驟四中，對小波包處理后的信號進行能量譜分析，具體包括:
[0011]41)計算子頻帶信號序列{fj中各子頻帶上的能量1.占總能量的百分比，得到小波包頻帶能量比譜{ j}；
[0012]42)對頻帶能量比譜{ j}按能量比由高到低進行排序，得到一個新的頻帶能量比譜隊};
[0013]43)確定特征頻帶向量{Ik}。
[0014]進一步，在步驟43)確定特征頻帶中，選擇無損擋土墻結構信號的前m個較大能量
m
比的頻帶和剩余頻帶作為特征頻帶，并定義剩余頻帶的能量比
【權利要求】
1.一種用于擋土墻結構系統的損傷預警方法，其特征在于:所述預警方法包括以下步驟: 步驟一:通過自動激勵裝置對擋土墻進行瞬時激勵； 步驟二:通過傳感器獲取擋土墻動力響應信號并傳送給信號接收裝置； 步驟三:通過計算機對接收信號進行小波包處理； 步驟四:對小波包處理后的信號進行能量譜分析，確定特征頻帶向量； 步驟五:定義損傷特征向量{DIk}，判斷擋土墻是否發生損傷，計算損傷程度。
2.根據權利要求1所述的一種用于擋土墻結構系統的損傷預警方法，其特征在于:在步驟三中，通過計算機對接收信號進行小波包處理，具體包括: 31)對最初無損的擋土墻和運營期擋土墻的動力響應信號進行多尺度小波包變換，得到各個頻帶的系數，并進行單支重構，得到各個子頻帶動力響應信號f' 32)對子頻帶信號分量f'^按頻帶由低到高進行排序，得到一個按頻帶升序排列的子頻帶信號{f。
3.根據權利要求2所述的一種用于擋土墻結構系統的損傷預警方法，其特征在于:在步驟四中，對小波包處理后的信號進行能量譜分析，具體包括: 41)計算子頻帶信號序列{fj中各子頻帶上的能量&占總能量的百分比，得到小波包頻帶能量比譜{ j}； 42)對頻帶能量比譜{j}按能量比由高到低進行排序，得到一個新的頻帶能量比譜{Ij}； 43)確定特征頻帶向量{Ik}。
4.根據權利要求3所述的一種用于擋土墻結構系統的損傷預警方法，其特征在于:在步驟43)確定特征頻帶中，選擇無損擋土墻結構信號的前m個較大能量比的頻帶和剩余頻帶作為特征頻帶，并定義剩余頻帶的能量比
5.根據權利要求1所述的一種用于擋土墻結構系統的損傷預警方法，其特征在于:在步驟五中，定義損傷特征向量，判斷擋土墻是否發生損傷，當擋土墻發生損傷時，進一步判斷擋土墻的損傷程度，其具體步驟如下: 51)定義損傷特征向量DIk=I Iku-1kdI,其中Iku表示擋土墻結構無損時，第k個特征頻帶的能量比；Ikd表示擋土墻結構運營期間，第k個特征頻帶的能量比； 52)定義擋墻損傷預警指標
【文檔編號】G01N29/44GK103983692SQ201410234067
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】陳建功, 許明, 徐乾, 吳曙光, 謝強, 王桂林 申請人:重慶大學