一种基于时频域联合反演的隔震支座位移轨迹重构方法与流程

本发明涉及隔震监测，尤其涉及一种基于时频域联合反演的隔震支座位移轨迹重构方法。

背景技术：

1、隔震技术是当前建筑结构、桥梁结构以及重要工程设施抗震设计中的重要技术手段，其通过在上部结构与基础之间设置隔震支座，使结构在地震作用下能够产生可控的相对位移，从而降低地震能量向上部结构的传递。隔震支座在地震过程中通常经历加载滑移、卸载回弹以及震后残余停留等连续滞回运动过程，其位移轨迹能够直接反映隔震支座的耗能性能、复位能力以及震后残余变形状态。因此，准确获取隔震支座位移轨迹，对于隔震结构安全评估、震后损伤判定以及隔震支座运维管理具有重要意义。

2、目前，隔震支座位移监测主要采用位移计直接测量或利用加速度信号积分反演位移的方法。其中，直接位移测量方式存在安装空间受限、设备成本较高以及长期运行可靠性不足等问题，而基于加速度信号的位移反演方式由于传感器布设方便、适用范围广而得到广泛应用。然而，加速度信号在积分过程中容易受到传感器零漂、基线偏移以及环境噪声的影响，积分误差会随着时间不断累积，最终在位移轨迹中形成明显的低频漂移现象。为此，现有技术通常采用高通滤波、基线修正或频域滤波等方式对漂移进行消除。

3、但是，隔震支座与普通振动结构存在明显差异，其位移响应具有典型的滞回运动特征。隔震支座在一次完整地震响应过程中会经历加载段、卸载段以及残余停留段等多个运动阶段，不同阶段之间存在明确的方向转换关系和残余位移传递关系。现有技术大多将整个监测过程视为连续振动信号进行统一处理，未充分利用隔震支座自身的滞回运动规律对位移反演结果进行约束，因此在消除低频漂移时，容易将隔震支座真实低频滑移位移误判为漂移分量一并滤除；同时，对于震后实际存在的残余位移，也容易在基线校正过程中被错误归零，从而导致重构得到的位移轨迹与隔震支座真实运动过程不一致。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于时频域联合反演的隔震支座位移轨迹重构方法，利用隔震支座加载、卸载及残余停留过程中的滞回运动规律，能够区分真实位移分量与漂移分量，保持残余位移连续传递，并实现多滞回循环连续的隔震支座位移轨迹重构。

2、第一方面，提供了一种基于时频域联合反演的隔震支座位移轨迹重构方法，包括以下步骤：

3、s1、以隔震支座的原始振动响应为输入，依据隔震支座在往复剪切运动中加载段、卸载段和残余停留段的能量迁移次序，将所述原始振动响应反演为隔震支座滞回响应片段链，所述支座滞回响应片段链用于表征隔震支座从加载段、卸载段转至残余停留段的连续运动过程；

4、s2、以所述支座滞回响应片段链为输入，在每一支座滞回响应片段内执行时域积分反演与频域相位反演，并根据加载段与卸载段之间的反向接续关系，识别由传感器零漂形成的伪位移分量并剔除，保留由隔震支座剪切变形形成的真实位移分量，生成支座真实位移片段；

5、s3、以所述支座真实位移片段为输入，按照所述支座滞回响应片段链的接续次序，将相邻支座真实位移片段进行滞回端点锁合和残余位移继承，得到隔震支座位移轨迹重构结果。

6、可选的，原始振动响应作为输入，基于原始振动响应计算短时能量序列，获得能量迁移包络；在所述能量迁移包络上，检测能量持续上升沿、能量持续下降沿以及能量平稳低于预设阈值的低能区段，分别对应隔震支座在往复剪切运动中的能量注入、能量释放与能量耗散后的残余停留状态。

7、可选的，所述能量持续上升沿所在时段识别为加载段，所述加载段表征隔震支座在剪切方向上受力滑移、位移同向增长的过程；所述能量持续下降沿所在时段识别为卸载段，所述卸载段表征隔震支座滑移方向回转、位移反向回弹的过程；所述低能区段识别为残余停留段，所述残余停留段表征隔震支座完成一次剪切回弹后维持残余位移、受力近乎消失的过程。

8、可选的，按照加载段、卸载段、残余停留段的起始时刻的时间顺序，依次拼接所述加载段、卸载段和残余停留段，形成由加载段-卸载段-残余停留段交替构成的支座滞回响应片段链；支座滞回响应片段链的时序衔接直接映射为隔震支座从受力滑移、方向回转至残余停留的连续运动全过程。

9、可选的，步骤s2中，从支座滞回响应片段链中提取当前支座滞回响应片段，获取当前支座滞回响应片段内的加速度信号，对当前支座滞回响应片段内的加速度信号进行时域积分反演，得到包括低频位移分量与真实位移分量的初始位移轨迹。

10、可选的，步骤s2中，基于所述当前支座滞回响应片段，提取其所在的支座滞回响应片段链中，与当前支座滞回响应片段属于同一次完整滞回循环的的加载段和卸载段，并判断加载段和卸载段之间的反向接续关系，所述反向接续关系表示在隔震支座的一次完整滞回循环中，加载段内支座剪切位移沿第一方向增长，卸载段内支座剪切位移沿与第一方向相反的第二方向回弹，构成加载与卸载之间的位移方向反号接续。

11、可选的，利用所述反向接续关系，将加载段和卸载段的初始位移轨迹中的低频位移分量进行方向一致性比对：若某一低频位移分量在加载段和卸载段中保持同向累积趋势，则判定为由传感器零漂形成的低频伪位移分量并予以剔除；将保留的所有真实位移分量进行重构，生成该支座滞回响应片段对应的支座真实位移片段。

12、可选的，所述支座滞回响应片段链中包括时序排列的加载段、卸载段与残余停留段，根据所述支座滞回响应片段链中加载段、卸载段与残余停留段的时序排列，确定各支座真实位移片段与其前序、后序片段之间的接续类型，所述接续类型包括加载段接卸载段、卸载段接残余停留段以及残余停留段接下一加载段；根据支座滞回响应片段链中相邻片段的接续类型，将前一支座真实位移片段末端形成的位移状态传递至后一支座真实位移片段，执行滞回端点锁合和残余位移继承，使各支座真实位移片段在滞回循环内部及相邻滞回循环之间保持位移连续性。

13、可选的，所述执行滞回端点锁合和残余位移继承具体包括：

14、对于加载段接卸载段的相邻片段，将加载段末端位移设定为卸载段始端的位移极值基准，执行滞回端点锁合：以该位移极值基准校正卸载段真实位移片段的起始位移，使卸载段位移轨迹从加载段末端的最大位移点连续反向回弹，消除分段处理引起的端点错位；

15、对于卸载段接残余停留段的相邻片段，将卸载段末端位移识别为本次滞回循环的残余位移量，并将其传递至残余停留段真实位移片段作为常值位移基准，执行残余位移继承；

16、对于残余停留段接下一加载段的相邻片段，将继承的残余位移量作为下一加载段真实位移片段的起始位移，实现残余位移在相邻滞回循环之间的连续传递。

17、可选的，将所有经滞回端点锁合和残余位移继承处理后的支座真实位移片段，按所述支座滞回响应片段链的接续次序首尾拼接，得到在时间轴上连续、位移无跳变的隔震支座位移轨迹重构结果。

18、第二方面，提供了一种基于时频域联合反演的隔震支座位移轨迹重构系统，包括：

19、支座滞回响应片段链生成模块，用于以隔震支座的原始振动响应为输入，依据隔震支座在往复剪切运动中加载段、卸载段和残余停留段的能量迁移次序，将所述原始振动响应反演为支座滞回响应片段链，所述支座滞回响应片段链用于表征隔震支座从加载段、卸载段至残余停留段的连续运动过程；

20、支座真实位移片段生成模块，用于以所述支座滞回响应片段链为输入，在每一支座滞回响应片段内执行时域积分反演与频域相位反演，并根据加载段与卸载段之间的反向接续关系，识别由传感器零漂形成的伪位移分量并剔除，保留由隔震支座剪切变形形成的真实位移分量，生成支座真实位移片段；

21、隔震支座位移轨迹重构模块，用于以所述支座真实位移片段为输入，按照所述支座滞回响应片段链的接续次序，将相邻支座真实位移片段进行滞回端点锁合和残余位移继承，得到隔震支座位移轨迹重构结果。

22、第三方面，提供了一种电子设备，包括：

23、存储器，其上存储有计算机程序/指令；

24、处理器，执行所述计算机程序/指令时，实现如前所述的基于时频域联合反演的隔震支座位移轨迹重构方法的步骤。

25、第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，所述计算机程序/指令被处理器执行时，实现如前所述的基于时频域联合反演的隔震支座位移轨迹重构方法的步骤。

26、本发明具有如下有益效果：

27、本发明，依据能量迁移包络识别加载段、卸载段和残余停留段，并构建支座滞回响应片段链，将隔震支座完整的滞回运动过程拆解为具有明确物理意义的时序运动单元。通过利用支座滞回响应片段链表征隔震支座从受力滑移、方向回转到残余停留的全过程，使后续位移反演建立在实际滞回运动规律基础上，增强了位移轨迹重构结果与隔震支座真实受力状态之间的一致性，提高复杂地震工况下轨迹重构的物理可信度。

28、本发明，将初始位移轨迹分解为多个候选低频位移分量，并结合加载段与卸载段位移方向必然反转的运动规律，对各候选低频位移分量进行方向一致性判定。对于在加载段和卸载段中始终保持同向累积趋势的低频位移分量判定为伪位移分量，对于随支座运动方向变化而发生反向变化的低频位移分量判定为真实位移分量，从而无需依赖经验滤波参数即可实现漂移抑制和真实位移保留。该方法利用隔震支座自身滞回特性作为判据来源。

29、本发明，依据支座滞回响应片段链的时序接续关系，对加载段接卸载段执行滞回端点锁合，对卸载段接残余停留段执行残余位移继承，并将残余位移继续传递至下一加载段作为起始位移基准，使每次滞回循环结束后形成的真实残余位移能够在后续循环中持续保留和累积。最终获得的隔震支座位移轨迹重构结果不仅在时间轴上连续无跳变，而且能够完整反映隔震支座多次加载、卸载和残余停留过程中的位移演化历史，为震后隔震支座性能评估、残余变形分析以及结构安全状态判定提供更加可靠的数据依据。