文摘
保护的网站中发挥着重要作用的背景下,文化遗产的保护,尤其是在历史和文化的继承和推广。本文的目的是提出一个正在进行的研究的基本结果Suoyang城市的钢筋撞的墙(Guazhou,中国)。墙振动引起的环境行为进行了分析使用随机子空间算法来估计墙的模态参数。前三个订单是3.566赫兹的频率,5.003赫兹,和6.250赫兹,和相应的模式一阶横向弯曲,二阶左右扭转,分别和三阶垂直弯曲。然后,根据弹性模量在实验室获得的数据,进行了有限元计算,并指现场测量的结果,修正弹性模量的值是205.90 MPa。值得一提的是,修改后的值是显著提高实验室从原始价值,也是表明钢筋墙的抗震性能明显改善。目前的工作预计为加固提供了理论依据,保护和地震的废墟的控制。
1。介绍
模态分析是一种重要的方法在结构动力学(1]。古代建筑遗址的利息增加了需要在这些网站的结构特征。振动测试通常在结构上执行识别模态特征、频率、阻尼、振动模式。作为一种文化遗产,废墟的享受一个悠久的历史和灿烂的文化2]。由于历史原因、自然环境和人为因素,结构的废墟中容易受到大量的疾病,如单剥落,挖空,裂缝关节,褪色,和生物的伤害,这可能会导致破坏的网站。因此,保护的网站是迫在眉睫的3]。结构动态分析的方法介绍了的网站。李等人,刘等人进行了脉动测试的墙壁上的网站和获得的光谱特征墙壁和自激振荡行为(4,5]。虽然他们获得了一些结构属性的网站,他们的数据进行分析得到从一个特定的点,即,from the bottom or the top of the site walls, whereas the structural properties for one single point of the wall often differed from the those of the whole wall. Meng et al. studied the effect of microvibrations generated by vehicle loads on a bell tower in Xi'an by installing acceleration sensors in different locations [6]。也有网站建筑的工作模态参数识别。例如,Diaferio等人进行了环境激励模态测试分析和模态参数识别的历史塔巴里,意大利和评估了弯曲模态振动模式(前两个订单7,8]。Aguilar拉莫斯和环境激励模态测试执行历史建筑在秘鲁确定建筑物的动态特性(9]。孔蒂等人进行了结构鉴定历史砌体建筑在意大利南部通过现场调查、动态测试和数值模拟,以确保在操作条件下的动态响应性能的建筑10]。总之,运行模态分析与参数识别主要应用于建筑结构的钢筋墙但很少的网站结构。由于低成本和当地的可用性土壤材料,广泛应用于建筑(11]。夯土墙被广泛建造在古代科技不发达生活和保护。撞击和粒状土壤结构显著不同。土壤应该与其他结构(层)在同一时间以反映其结构行为,虽然土壤本身不能反映结构特点(12- - - - - -15]。例如,元等人进行了研究领域的桩-土相互作用体系16),而夯土结构可以反映其结构行为(17]。因此,作者有理由认为这是可行的应用运行模态分析(OMA)的废墟。为了更好地保护的废墟,换句话说,增加其寿命,需要克服各种不利因素,特别是地震造成的破坏行动18]。有必要研究和分析土壤的结构行为的网站。这表明工作模态分析的必要性。
在目前的工作,一段钢筋墙Suoyang城市建筑网站作为研究对象。同时测量点排列在顶部和底部的墙来收集数据。环境激励模态测试和模型拟合是由随机子空间识别(SSI)方法获得的频率和振动模式前三个订单。最后,钢筋的等效弹性模量墙是由测量结合有限元法(FEM)分析的结果。
2。方法和程序
2.1。测试主题的概述
作为国家重点文物保护单位,Suoyang城市是中国文明的一颗闪亮的星。环境和人为因素的影响下,在古城的网站不同程度的损坏。特别是,它是容易在大地震瞬间崩溃。强化是最常见的手段保护的废墟。被选为测试对象的钢筋墙位于东北角Suoyang外的城市。的条件完成的钢筋图所示1。墙上是梯形截面两侧的长度是6.5米和4.2米。10米高,撞击层的厚度为0.1米。网站的上表面大致terrace-shaped。为了更好的描述,从左到右,他们被命名为a, b和c,如图2。第一部分(a)长约9.6米。第二部分(b)是一个倾斜的表面长度为3.8米。第三部分(c)长约6.2米。a和c之间的高度差是1米。测量的底部表面长约6米,和其他被倒塌的土壤覆盖,这显示了一个斜面,如图1。
2.2。实验测量
2.2.1。仪器、设备
主要测试仪器包括一个发票3060年代智能信号采集与处理系统。采样频率最高的是51.2 kHz,和样品分析精度是24位A / D。传统的振幅误差小于1%,频率误差小于0.01%。振动传感器传感器被选为941 b超低频振动计由中国地震局工程力学研究所。主要用于脉动测量的地面和结构,适用于测试的站点的结构和较低的频率。传感器有四个模式:加速度,速度小,介质速度,和大速度。这个测试的模式选择是小速度,灵敏度的23 v / m,最大位移范围的20毫米,最大速度范围为0.125 m / s。
2.2.2。现场测试程序
测试对象是一个泥做的网站,它不适合输入外部激励方法,对多输入多输出(MIMO)方法用于测试。地面脉动测试期间的作为振动源。
测试在两组进行。第一组被评为计量点A1和点1,和第二组被任命为测量A1点和2点。A1点位于底部的墙,它被定义为参考点。2图所示的位置3。整体的安排测量点如图4。每个测量点安装三个传感器沿三个方向:墙上的方向,垂直墙方向和垂直方向。所有人都放在墙上的表面。每组测试三次,每个测试持续了300秒,采样频率为204.8赫兹。
2.3。模态参数识别
每个计量点的响应信号是通过测试获得的。模态参数通常可以确定在时域和频域。随机子空间识别(SSI)算法通常用于分析在时域和频域增强分解(EFDD)方法用于分析在频域(19]。SSI算法是一个相对成熟的线性系统识别方法,它可以有效地从环境激励的结构响应获取模态参数。稳定图方法是一种新颖的方法来识别系统的订单。进行模态识别,应用商业软件DASP数据驱动的SSI算法可用。应用软件分析得到的参数SSI算法。的密集模态频率,识别精度与EFDD不够精确识别感兴趣的频率范围内,模态参数识别是SSI所采用的算法。
SSI算法被用来测试1号的模态数据。稳定图如图5。结合振动模式,前三个订单的形态的网站结构。模态频率和阻尼如表所示1。每个订单对应的振动模式的频率提取DASP软件(20.]。模态振动模式如图6。从振型图(图6),它可以了解到一阶振动模式的横向弯曲模式x和y飞机,二阶振动模式是左右扭转弯曲模式x- - - - - -y飞机,三阶振动模式是垂直弯曲模式y- - - - - -z飞机。测试的数据获得的2号和3号都遵循同样的工作流。表1显示了三个结果的平均值。
(一)
(b)
(一)
(b)
(c)
3所示。解释的结果
特征参数,包括频率、阻尼和振动模式,通过现场测试和数据处理。表2总结了频率和阻尼。振动的模式如图所示7。表清楚地显示了优良的三个测试的区别。频率的准确性可以验证的三组数据。然而,这些数据大大不同的阻尼收购建议,没有良好的一致性。最后,最后确定频率的平均值。下一步是分析的参数对结构材料具有最重要的影响特性。影响结构特性的主要参数是质量,弹性模量、阻尼、边界条件和保护状态(22]。为了选择参数评估加固效果更好,下面简要介绍了上述参数。废墟中最常见的疾病的减少,这将减少土壤的整体质量网站,但比例与总质量相比很小。选择弹性模量。不同的土壤类型的网站有不同的边界条件。然而,条件肯定是为特定的对象。这同样适用于保护的状态。让我们回到基本理论。第一模式,为了简化模型,阻尼是被忽视的。我们可以把它应用到一个单自由度模型,如图8。根据上面得到的一阶模式,位移发生在水平面,建立一个无阻尼单自由度模型(23),如图7。
米代表集中质量,支持列是一个质量均匀悬臂梁的抗弯刚度EI。自由振动的情况下,该模型的振动方程
当确定模型的几何尺寸,也就是说,当我和l常数公式(1),刚度K和E相互成正比。这就是原因E选择加固效果的评价。
为了评估加固效果,有限元法是必要的。近年来,有限元法已广泛应用(24]。确定的参数进行分析,有限元计算方法用于试验。有限元分析得到的参数选择表2。
图8揭示了简化模型的尺寸。通过使用有限元方法,我们可以获得前三个模式的简化模型。频率如表所示3和振动发现在图的形状9。从现场测试获得的数据相比,有限元法获得的频率大小的小得多的所有订单。然而,振动模式是一致的。原因如下:首先,由于特殊的性质的网站,样本选择的块散落在它,它是不可能的选择的网站本身,从而破坏了网站。这是不能容忍的,文化遗产保护。
其次,有恶化的土壤样本由于气候和其他因素,从而进一步加剧土壤的强度损失,从而导致小的结果(25]。同时,常识认为土壤的结构强度测试网站必须增加治疗的结果。进行下一个任务是修改弹性模量,来确定最终的弹性模量的值与有限元的援助。
现有的工作显示,有一定的功能性墙结构的固有频率之间的关系和结构材料的质量或刚度26,27]: 在哪里E和ρ表示结构的弹性模量和密度,分别。对于一个给定的结构,K可以被认为是一个常数。
从实验获得的结构的固有频率测试调频。有限元法,弹性模量价值的整体动态特性墙网站的帮助下决定调频并被定义为等效弹性模量新兴市场钢筋墙的网站,它可以反映出加固后结构的健康状态。我们假设密度和泊松比是常数(28]。从方程(2),它可以派生
在结构确定的情况下,C是一个常数,f结构的频率,E结构的弹性模量。从(2)和(3),我们可以得出结论, 在哪里表示我th订单频率获得使用有限元素;表示初始弹性模量;表示测量我th订单频率;和表示相对应的弹性模量我th订购频率。
使用上述方法获得的结果如表所示4。
结果如表所示5,测试的频率与有限元分析的结果相比,使用等效弹性模量。结果显示,前三个订单的频率误差不超过10%,所以等效弹性模量是有效的。
使用SSI的模态参数识别方法,提取和前三个订单的模式:一阶模式是在3.558赫兹横向弯曲;二阶模式是在5.003赫兹左右扭转;和三阶模式是垂直弯曲在6.250赫兹。此外,提取振动模式。通过结合有限元结果和测量频率,钢筋的等效弹性模量得到墙205.90 MPa。与初始弹性模量相比,墙的结构特点是强化后显著提高。
4所示。讨论
的动态特性影响因素结构的质量和刚度。也是如此的形式钢筋的墙的网站,这是频率,阻尼,和振动模式。两个方面的弹性模量影响的大小频率和振动模式将在下面讨论。
一方面,获得的等效弹性模量明显大于初始值。在某种程度上,这反映了治疗的效果。初始值的参数选择的论文大致接近石灰夯土墙(21,29日]。它也表明,所选的实验样品遭受恶化,和恶化的程度大致与石灰的夯土墙的文献。恶化,降低了结构的强度。强化治疗后,结构的强度增加。但还是有一些区别的数据Moein et al。”文章,约18.9%的差异(29日]。这部分是由于在参考样本的选择,这可能没有或只有轻微恶化的土壤,由于裂缝的存在,部分测试对象本身,对结构性能产生重大影响,尤其是在室内(30.]。由于测试对象是在原始的环境中,也受到历史和气候等外部因素。表6显示了一个比较两篇文章之间的参数。
另一方面,振动模式图显示位移最大值的位置,当结构受到的力。这也表明,这些点伤害时最可能发生受到外部行动。作为参数的研究论文中弹性模量,弹性模量的变化没有影响模式。
5。结论
(1)钢筋的墙的模态参数的网站使用SSI方法被确定。前三个订单的模式提取:一阶模式横向弯曲在3.566赫兹,二阶模式在5.003赫兹左右扭转,三阶模式是垂直弯曲在6.250赫兹。此外,提取振动模式。(2)测试数据与相关文献比较,从实验室获得弹性模量的值偏低。与此同时,还有恶化的土壤样本的选择,以及选择的样品。(3)最后使用有限元法获得的等效弹性模量为205.9 MPa。结构的强度加强治疗后显著提高。然而,它仍然是不完整的夯土墙的。(4)弹性模量的变化并不影响其模态振动模式,但它能反映结构损伤的位置可能会发生。因此,它扮演着一个很重要的角色,分析其应力和位移。数据可用性
从实地测试实验数据得到;一些数据被引用的引用和注释。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者承认s·d·魏从COINV测试方法和软件处理的支持。作者也要感谢w·t·田陆y . x和p h .气为本研究的贡献。本研究在经济上支持中国国家重点研发项目(2020 yfc1522200),通过项目的降解过程和保护技术研究多场耦合下的废墟。”