一種建築結構物抗風安全性能的評價方法
2023-10-10 15:46:54
專利名稱：一種建築結構物抗風安全性能的評價方法
技術領域：
本發明涉及一種建築結構物抗風安全性能的評價方法。
背景技術：
在土木工程結構設計、計算和抗災防災規劃中，對於高、大、細、長等高聳建築結構，風荷載是重要的、決定性的外界荷載，最易引起工程結構損傷甚至破壞，處理不當會造成工程結構損傷和破壞，給人民生命、財產帶來重大的損失，土木工程結構的損壞和倒塌是風災損失的主要部分。對建築結構的抗風安全性能進行計算評價是保證其抗風安全的前提基礎性工作。現有建築結構物抗風安全性能的評價方法技術方案為①直接根據建築物結構設計圖紙或現場實測的結構尺寸，建立簡化的力學計算模型或有限元計算模型；②採用步驟①所直接建立的建築物結構計算模型，依據《GB 50135-2006高聳結構設計規範》中結構抗風的相關規定，計算和評價建築物結構的抗風安全性能。現有的技術方案「直接根據建築物結構設計圖紙或現場實測的結構尺寸，建立簡化的力學計算模型或有限元計算模型」，然而該直接建立的計算模型通常不能真實的反映建築物結構的力學性能。因為建立該計算模型的過程中，忽略了非結構構件的影響，而且結構材料力學性能參數的選用與實際參數之間存在偏差。也就是說直接建立的計算模型與能夠真實反映結構力學性能的計算模型之間存在偏差，採用存在偏差的建築物結構計算模型進行抗風安全性能計算評價，所得到的評價結果將會是存在偏差甚至是錯誤的。
發明內容
本發明的目的是提供一種更能反映建築物結構的力學性能，由此得到無偏差的、 符合實際的結構抗風安全性能計算評價結果。為實現上述目的，本發明採用如下技術方案一種建築結構物抗風安全性能的評價方法，在外界環境振動激勵作用下，測量建築物的振動響應信息，得到建築物在外界環境振動激勵條件下的動態響應時程數據，分析、處理所得到的動態響應時程數據，得到建築物的現場測試採集的動力性能參數，所述振動響應信息、動態響應時程數據均指加速度和/ 或速度和/或位移數據，動力性能參數指模態頻率以及模態振型；
根據建築物結構設計圖紙或現場實測的結構尺寸，建立帶有參數的建築物結構計算模型，由建築物結構計算模型計算得到建築物的動力性能參數；
判斷建築物的現場測試採集的動力性能參數與由上述建築物結構計算模型計算得到建築物的動力性能參數是否一致，如果一致，可通過上述建築物結構計算模型，依據國家標準中結構抗風的規定，計算和評價建築物結構的抗風安全性能；
如果不一致，則修正建築物結構計算模型中的參數，該參數指建築物結構構件截面尺寸和/或構件材料的力學性能參數和/或計算模型的邊界條件、約束條件，使得採用修正參數後的修正計算模型，計算得到的建築物動力性能參數與在外界環境振動激勵作用下建築物動力性能參數一致；
採用修正參數後的修正計算模型，依據國家標準中結構抗風的規定，計算和評價建築物結構的抗風安全性能。建築物在外界環境振動激勵條件下的動態響應時程數據，採用結構振動動態響應計算機測試系統測量並獲得，先將結構振動動態響應計算機測試系統的加速度傳感器和/ 或拾振器安裝在外界環境振動激勵條件下的建築物上，並將測得的動態響應時程數據採集、傳輸和存儲到結構振動動態響應計算機測試系統的計算機上。所述加速度傳感器和/或拾振器安裝在建築物上對結構振動響應最大的結構部位處。建築物在外界環境振動激勵條件下的動態響應時程數據採用隨機子空間方法，分析處理得到建築物的動力性能參數。所述建築物結構計算模型為帶有參數的力學計算模型或者為有限元計算模型。所述外界環境振動激勵作用為自然環境下的振動激勵作用。本發明的技術方案，首先對建築物進行現場動力性能測試、分析，依據實測、分析得到的建築物結構動力性能參數，修正調整直接建立的計算模型的參數，使之根據修正後模型計算的動力性能參數與現場實測、分析得到的一致。該修正後的計算模型與實際建築物結構有著一致的動力性能參數，更加真實的反映了建築物的結構實際狀況。因此，採用該修正後的計算模型，計算、評價建築物結構的抗風安全性能是更加符合建築物結構實際的， 是無偏差的。解決了傳統的建築物抗風安全性能計算、評價中，直接根據圖紙或現場實測結構尺寸建立有限元計算模型，而導致的建築物結構抗風安全性能計算、評價結果偏差的問題，更能反映建築物結構的力學性能，由此得到無偏差的、符合實際的結構抗風安全性能計算評價結果。
圖1是本發明評價方法的流程圖。
具體實施例方式由圖1所示的一種建築結構物抗風安全性能的評價方法，包括如下步驟
①在外界環境振動激勵作用下，即在自然環境的振動激勵作用下，建築物始終處于振動狀態中，通過結構振動動態響應計算機測試系統測量建築物的振動響應信息，並得到建築物在外界自然環境振動激勵條件下的現場測試採集的動態響應時程數據，所述振動響應信息、動態響應時程數據均指加速度或速度、位移數據；
採用隨機子空間方法，分析處理上述現場測試採集的動態響應(加速度或速度、位移) 時程數據，得到建築物的現場測試採集的動力性能參數；動力性能參數指模態頻率以及模態振型；
所述結構振動動態響應計算機測試系統包括帶有加速度傳感器或拾振器的測量系統和與測量系統信號連接的計算機系統。在測量建築物的振動響應信息、以獲得建築物在外界自然環境振動激勵條件下的動態響應時程數據時，先將結構振動動態響應計算機測試系統的加速度傳感器或拾振器安裝在外界自然環境振動激勵條件下的建築物關鍵部位並將測得的動態響應時程數據採集、傳輸和存儲到結構振動動態響應計算機測試系統的計算機上。所述加速度傳感器或拾振器安裝在建築物上對結構振動響應最大的結構部位處，比如建築物杆件接點處、或者杆件的端部或中間部位。所述加速度傳感器用於測量加速度，拾振器用於測量動態速度以及位移，本發明不拘泥於上述形式，加速度傳感器和拾振器既可採用其一，也可兩者同時使用，並且由加速度傳感器和/或拾振器得到振動信號先轉換為模擬電信號，再傳輸模數轉換器轉化為數位訊號，再由計算機存儲。所述結構振動動態響應計算機測試系統除包括所述的測量系統以及計算機以外， 還包括信號放大器、數據採集儀，測量系統、信號放大器、數據採集儀和計算機依次信號連接。所述測量系統的加速度傳感器或拾振器以及信號放大器、數據採集儀和計算機均為現有技術，比如可採用中國地震局哈爾濱工程力學研究所生產的891-2型伺服加速度傳感器、891型信號放大器和北京波譜世紀科技發展有限公司生產的WS-5921/U系列數據採集儀，計算機可為臺式或者筆記本電腦。故不詳細敘述。所述模數轉換器包括在數據採集儀內。②直接根據建築物結構設計圖紙或現場實測的結構尺寸，建立帶有參數的簡化的建築物結構計算模型，建築物結構計算模型包含建築物結構構件截面尺寸、構件材料的力學性能參數或模型的邊界條件、約束條件等數據，所述建築物結構計算模型為帶有參數的力學計算模型或者為有限元計算模型；由建築物結構計算模型計算得到建築物的動力性能參數。③判斷步驟①得到的動力性能參數與步驟②得到的動力性能參數是否一致，即判斷建築物的現場測試採集的動力性能參數與由上述步驟②的建築物結構計算模型計算得到建築物的動力性能參數是否一致，如果一致，可直接通過步驟②直接根據建築物結構設計圖紙或現場實測的結構尺寸建立的簡化建築物結構計算模型，依據國家標準《GB 50135-2006高聳結構設計規範》中結構抗風的相關規定，計算和評價建築物結構的抗風安全性能；如果不一致，則進行步驟④。④修正(調整)步驟②中根據建築物結構設計圖紙或現場實測的結構尺寸所直接建立的建築物結構計算模型中的參數，該參數指建築物結構構件截面尺寸、構件材料的力學性能參數或模型的邊界條件、約束條件等，修改時可根據需要，只修改建築物結構構件截面尺寸、構件材料的力學性能參數、模型的邊界條件、約束條件中的一個或者幾個或者全部進行修改，使得採用修正參數後得到的修正計算模型計算得到的建築物動力性能參數(模態頻率、模態振型)與步驟①得到的現場測試採集的建築物動力性能參數(模態頻率、模態振型)一致；
⑤採用修正參數後的修正計算模型，依據國家標準《GB 50135-2006高聳結構設計規範》中結構抗風的相關規定，計算和評價建築物結構的抗風安全性能。當然，本發明不拘泥於上述形式，步驟①與步驟②可同時進行，也可先進行步驟 ②。在本發明的技術方案步驟①中，也可以採用其它的方法，替代「隨機子空間方法」，分析處理現場測試採集的動態響應(加速度或速度、位移)時程數據，得到建築物的動力性能參數(模態頻率、模態振型)。本發明中所述的用於建築物結構振動模態參數識別的隨機子空間方法，是以線性的離散狀態空間方程為基本模型，將輸入項和噪聲項合併假定為白噪聲，並以此為基礎，利用白噪聲的統計特性進行計算，得到卡爾曼濾波狀態序列，然後應用最小二乘計算系統矩陣，完成模態參數識別過程。隨機子空間方法為現有技術，具體可參見2005年福州大學碩士論文《結構環境振動模態參數識別隨機子空間方法與應用》，故不詳細敘述。
權利要求
1.一種建築結構物抗風安全性能的評價方法，其特徵在於在外界環境振動激勵作用下，測量建築物的振動響應信息，得到建築物在外界環境振動激勵條件下的動態響應時程數據，分析、處理所得到的動態響應時程數據，得到建築物的現場測試採集的動力性能參數，所述振動響應信息、動態響應時程數據均指加速度和/或速度和/或位移數據，動力性能參數指模態頻率以及模態振型；根據建築物結構設計圖紙或現場實測的結構尺寸，建立帶有參數的建築物結構計算模型，由建築物結構計算模型計算得到建築物的動力性能參數；判斷建築物的現場測試採集的動力性能參數與由上述建築物結構計算模型計算得到建築物的動力性能參數是否一致，如果一致，可通過上述建築物結構計算模型，依據國家標準中結構抗風的規定，計算和評價建築物結構的抗風安全性能；如果不一致，則修正建築物結構計算模型中的參數，該參數指建築物結構構件截面尺寸和/或構件材料的力學性能參數和/或計算模型的邊界條件、約束條件，使得採用修正參數後的修正計算模型，計算得到的建築物動力性能參數與在外界環境振動激勵作用下建築物動力性能參數一致；採用修正參數後的修正計算模型，依據國家標準中結構抗風的規定，計算和評價建築物結構的抗風安全性能。
2.如權利要求1所述的一種建築結構物抗風安全性能的評價方法，其特徵在於建築物在外界環境振動激勵條件下的動態響應時程數據，採用結構振動動態響應計算機測試系統測量並獲得，先將結構振動動態響應計算機測試系統的加速度傳感器和/或拾振器安裝在外界環境振動激勵條件下的建築物上，並將測得的動態響應時程數據採集、傳輸和存儲到結構振動動態響應計算機測試系統的計算機上。
3.如權利要求2所述的一種建築結構物抗風安全性能的評價方法，其特徵在於所述加速度傳感器和/或拾振器安裝在建築物上對結構振動響應最大的結構部位處。
4.如權利要求1-3任一項所述的一種建築結構物抗風安全性能的評價方法，其特徵在於建築物在外界環境振動激勵條件下的動態響應時程數據採用隨機子空間方法，分析處理得到建築物的動力性能參數。
5.如權利要求4所述的一種建築結構物抗風安全性能的評價方法，其特徵在於所述建築物結構計算模型為帶有參數的力學計算模型或者為有限元計算模型。
6.如權利要求5所述的一種建築結構物抗風安全性能的評價方法，其特徵在於所述外界環境振動激勵作用為自然環境下的振動激勵作用。
全文摘要
本發明公開了一種建築結構物抗風安全性能的評價方法，首先對建築物進行現場動力性能測試、分析，依據實測、分析得到的建築物結構動力性能參數，修正調整直接建立的計算模型的參數，使之根據修正後模型計算的動力性能參數與現場實測、分析得到的一致。該修正後的計算模型與實際建築物結構有著一致的動力性能參數，更加真實的反映了建築物的結構實際狀況。因此，採用該修正後的計算模型，計算、評價建築物結構的抗風安全性能是更加符合建築物結構實際的，是無偏差的。解決了傳統的建築物抗風安全性能計算、評價，由於直接根據圖紙或現場實測結構尺寸建立有限元計算模型，而導致的建築物結構抗風安全性能計算、評價結果偏差的問題。
文檔編號G01M99/00GK102297784SQ20111013872
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月26日 優先權日2011年5月26日
發明者文志成, 鄧苗毅, 魏保立 申請人:鄭州航空工業管理學院