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专利号: 2021106690710
申请人: 北京工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-08-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于卡尔曼滤波及弹塑性耗能差的震损结构损伤量化方法,其特征在于,包含以下步骤:步骤1:在建筑结构各层上设置传感器,测量地震作用下建筑结构各层的位移、速度、加速度响应;

步骤2:截取结构在地震序列中的前震下的位移、速度响应;

步骤3:假定结构各层质量、刚度的初始预估值,结合结构在前震下的位移、速度响应,采用卡尔曼滤波方法根据如下所示的状态预测方程、增益矩阵方程及状态滤波方程对结构各层的等效质量和等效刚度进行识别;

状态预测:

增益矩阵:

状态滤波:

式中, 和P(ti/ti)分别表示结构在ti时刻的状态估计向量和误差协方差矩阵,和P(ti+1/ti)分别表示结构在ti+1时刻的状态估计向量和误差协方差矩阵的预测值,和 分别表示从ti时刻到ti+1时刻的状态转移矩阵和增益矩阵,I为单位矩阵, 为h[X(ti+1),ti+1]的Jacobi矩阵;

步骤4:根据等效刚度及等效质量建立实际结构的等效弹性模型,并由结构动力学方程获取实际结构在理想弹性状态下的响应,其中u、 分别表示多自由结构的位移、速度和加速度向量,M、C、K分别表示结构的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵,F表示外荷载向量,I表示单位对角矩阵, 表示外荷载的加速度;

步骤5:由主震下结构的实际响应以及根据等效弹性模型计算得到的理想弹性响应按式 计算结构的实际整体损伤程度,其中DE(t)表示t时刻结构的损伤指数,EE(t)和EF(t)分别表示t时刻结构在理想弹性状态下的累计变形能和弹塑性状态下的累计真实变形能;FFi和FEi分别表示i时刻结构在弹塑性状态和理想弹性状态下的基底剪力,ΔuFi和ΔuEi分别为i时刻结构在弹塑性状态和理想弹性状态下的顶部位移增量,m表示结构或构件的质量, 表示i时刻结构或构件在弹塑性状态下的加速度响应, 表示i时刻结构或构件在理想弹性状态下的加速度响应;

在步骤3中,根据质量和刚度的预估值,采用瑞利阻尼C=aM+bK并结合状态空间方程对结构的特征物理参数进行迭代试算,使得到的响应预估值与实际观测值逐渐接近,直至两者吻合时停止;其中 ωi、ωj分别表示结构第i、j个频率,通过结构的频率方程求得;ξ表示结构阻尼比,其值根据我国建筑结构抗震设计中的建议进行确定。

2.根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波及弹塑性耗能差的震损结构损伤量化方法,其特征在于:在步骤5中,根据下式计算震损结构的层间损伤程度:式中,Dn,E(t)表示震损结构的第n层在第t时刻的层间损伤程度;un,Fi和un,Ei分别表示结构载实测和理想弹性状态下第n层第i时刻的位移;Δun,Fi和Δun,Ei分别表示i时刻结构第n层在实测和理想弹性状态下的相对位移增量。