一种结构密封胶损伤程度评估方法

1.本发明涉及玻璃幕墙损伤检测技术领域，特别是指一种结构密封胶损伤程度评估方法。


背景技术：

2.玻璃幕墙由于外形美观和造型独特在现代建筑中被广泛应用，但在使用过程中，由于阳光暴晒和大雨浇淋，容易发生损伤和老化，导致玻璃面板牢固度降低甚至发生脱落，威胁着人们的生命和财产安全，因此需要及时进行损伤检测，确定需要进行维修和加固的幕墙单元。现有技术中公开了无基准模型下玻璃幕墙结构密封胶的损伤检测方法和基于原点频响函数的玻璃幕墙结构密封胶的损伤识别方法，并且也有技术通过模态试验说明结构密封胶玻璃缺失位置的模态位移增大，频率随结构密封胶缺失程度的增加而减小。另有技术中公开了利用多普勒激光测振仪的加速度傅里叶谱的基频来估计结构密封胶玻璃密封胶的损伤。上述基于动力特征或动力反应的损伤识别方法都是对结构密封胶的损伤进行了识别，但都没有对损伤程度进行评估，由于在实际检测中，很多隐框幕墙虽有小损伤发生，但是不影响其基本使用，所以无需采取措施，对于结构密封胶有损伤但风险较低时，直接进行加固即可。对于较大损伤而言，需立即更换结构密封胶。因此，在本领域中，急需一种结构密封胶损伤程度评估的方法。


技术实现要素：

3.本发明为解决现有玻璃幕墙损伤检测方法的不足，提供一种结构密封胶损伤程度评估方法。该方法首先对隐框玻璃幕墙面板单元进行有限元建模。在不同损伤程度下，采用谐响应分析方法计算面板单元长边与短边十六分之一点激振八分之一点响应的跨点频响函数，在此基础上，计算对数跨点频响函数的相对累积差异，将相对累积差异和损伤程度进行线性拟合，得出结构密封胶损伤程度与相对累计差异间的函数关系。然后，对面板单元进行十六分之一点激振八分之一点响应的锤击试验，得到面板单元的对数跨点频响函数的相对累积差异e
t
，根据拟合方程计算面板单元结构密封胶的损伤程度。
4.该方法包括步骤如下：
5.s1：根据隐框玻璃幕墙面板单元实测的玻璃的长度、宽度、厚度、密度、泊松比、弹性模量和结构密封胶的长度、宽度、厚度、弹性模量，建立有限元模型；
6.s2：在不同损伤程度下，在面板单元长与宽十六分之一点施加垂直面板的单位简谐荷载，计算长与宽八分之一点加速度反应幅值作为跨点频响函数h(ω)，ω为简谐荷载频率，然后对跨点频响函数的模取对数，得到对数跨点频响函数ln|h(ω)|；
7.s3：不同损伤程度下，计算结构密封胶损伤前后对数跨点频响函数的相对累积差异e
t
，将相对累积差异e
t
和损伤程度进行线性拟合，得出结构密封胶损伤程度与相对累计差异间的函数关系e
t
＝c1 c2d，式中，c1和c2分别为拟合常数，d为损伤程度；
8.s4：制作一块与待检测面板单元相同并且结构密封胶完好的面板单元，试验测量
跨点频响函数，然后计算对数跨点频响函数，作为无损伤对数跨点频响函数；
9.s5：试验测量待检测面板单元的跨点频响函数，并计算对数跨点频响函数，然后计算待检测面板单元的对数跨点频响函数相对s4无损伤对数跨点频响函数的对数跨点频响函数相对累积差异e
ts
，并由s3中的拟合函数计算待检测面板单元结构密封胶的损伤程度
10.其中，s1中有限元模型是采用壳单元进行玻璃的模拟，面板单元长与宽等分为十六或十六的整数倍，采用垂直玻璃的弹簧单元进行结构密封胶的模拟。
11.s2中损伤程度为弹簧单元的刚度系数降低值与弹簧单元的无损伤刚度系数的比值，即损伤程度d为：
[0012][0013]
其中，为弹簧单元有损伤时刚度系数，α分别取0，0.1,0.15,0.2，0.25，0.3，0.35，0.4，0.45，0.5，0.55，0.6，0.65，0.7，0.75，0.8，0.85，0.9，0.95，1中10个以上的数进行计算。
[0014]
其中，弹簧单元的无损伤刚度系数为：
[0015][0016]
其中，er为结构密封胶的弹性模量，li为第i个弹簧单元所对应结构密封胶的长度，w为结构密封胶的宽度，hr为结构密封胶的厚度。
[0017]
s3中结构密封胶损伤前后对数跨点频响函数的相对累积差异e
t
为：
[0018][0019]
式中，hu(ω)和hd(ω)分别表示损伤前和损伤后的跨点频响函数，频响函数相对累积差异的上限频率a为玻璃的长度，b为玻璃的宽度，eg为玻璃的弹性模量,v为玻璃的泊松比，hg为玻璃的厚度，ρ为玻璃的密度；
[0020]
所述s5中待检测面板单元的对数跨点频响函数相对s4无损伤对数跨点频响函数的对数跨点频响函数相对累积差异e
ts
的计算方法同上，s4无损伤对数跨点频响函数即为损伤前的跨点频响函数，待检测面板单元的对数跨点频响函数即为损伤后的跨点频响函数。
[0021]
s4和s5中跨点频响函数的测量方法为：用力锤敲击面板单元的长与宽十六分之一点，在长与宽八分之一点安装加速度传感器，同时测量力锤的力信号和加速度传感器的加速度信号，计算加速度信号相对力信号傅里叶变换系数的比值，即为跨点频响函数的测量值。
[0022]
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
[0023]
上述方案中，通过有限元模型来模拟不同的结构密封胶损伤程度，可节省大量的
劳动力和时间，最后计算得到的结构密封胶损伤程度，可对现场检测维护提供技术指导。
附图说明
[0024]
图1为本发明的结构密封胶损伤程度评估方法流程图；
[0025]
图2为本发明实施例中面板单元尺寸图；
[0026]
图3为有限元模型图；
[0027]
图4为有限元模拟不同损伤程度下对数跨点频响函数；
[0028]
图5为e
t
拟合曲线；
[0029]
图6为本发明实施例中面板单元及检测系统；
[0030]
图7为实测面板单元损伤前后的对数跨点频响函数。
[0031]
其中：1-面板单元，2-结构密封胶，3-加速度传感器，4-力锤；5-信号采集仪；6-计算机；7-损伤位置。
具体实施方式
[0032]
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0033]
本发明针对当前无法评估结构密封胶损伤程度的问题，提供一种结构密封胶损伤程度评估方法。
[0034]
如图1所示，该方法包括步骤如下：
[0035]
s1：根据隐框玻璃幕墙面板单元实测的玻璃的长度、宽度、厚度、密度、泊松比、弹性模量和结构密封胶的长度、宽度、厚度、弹性模量，建立有限元模型；
[0036]
s2：在不同损伤程度下，在面板单元长与宽十六分之一点施加垂直面板的单位简谐荷载，体系阻尼比取为0.01～0.03的常量，计算长与宽八分之一点加速度反应幅值作为跨点频响函数h(ω)，ω为简谐荷载频率，然后对跨点频响函数的模取对数，得到对数跨点频响函数ln|h(ω)|；
[0037]
s3：不同损伤程度下，计算结构密封胶损伤前后对数跨点频响函数的相对累积差异e
t
，将相对累积差异e
t
和损伤程度进行线性拟合，得出结构密封胶损伤程度与相对累计差异间的函数关系e
t
＝c1 c2d，式中，c1和c2分别为拟合常数，d为损伤程度；
[0038]
s4：制作一块与待检测面板单元相同并且结构密封胶完好的面板单元，试验测量跨点频响函数，然后计算对数跨点频响函数，作为无损伤对数跨点频响函数；
[0039]
s5：试验测量待检测面板单元的跨点频响函数，并计算对数跨点频响函数，然后计算待检测面板单元的对数跨点频响函数相对s4无损伤对数跨点频响函数的对数跨点频响函数相对累积差异e
ts
，并由s3中的拟合函数计算待检测面板单元结构密封胶的损伤程度
[0040]
下面结合具体实施例予以说明。
[0041]
具体应用中，待检测玻璃幕墙面板单元的尺寸如图2所示。根据面板单元的尺寸和物理参数，建立有限元模型，如图3。有限元模型玻璃的物理参数为：长为2.06m，宽为1.46m，厚为0.006m，泊松比ν＝0.2，弹性模量eg＝7.2
×
10
10
pa，密度ρ＝2500kg/m3。玻璃采用壳单
元，单元的网格划分，长分为80等份，宽分为64等份。结构密封胶简化为垂直面板方向的线性弹簧，结构密封胶的弹性模量为1mpa，厚度和宽度均为0.01m，长度和宽度中间节点各弹簧单元所对应结构密封胶的长度分别为2.06/80＝0.0258m和1.46/64＝0.0228m，四个角点弹簧单元所对应结构密封胶的长度为(2.06/80 1.46/64)/2＝0.0243m。长度和宽度中间节点各弹簧单元的无损伤刚度系数分别为
[0042]
四个角点弹簧单元的无损伤刚度系数为
[0043]
定义玻璃面板右侧全部弹簧刚度降低，则将该边弹簧刚度乘以相应值。由损伤状态下的弹簧单元刚度系数降低值与无损伤弹簧单元的刚度系数的比值0，0.25，0.3，0.35，0.4，0.45，0.5，0.55，0.6，0.65，0.7，0.75，0.8，0.85，0.9，0.95计算16个不同结构密封胶损伤程度，如表1所示。
[0044]
表1.结构密封胶损伤程度
[0045]
工况12345678损伤程度(％)00.7041.4082.1132.8173.5214.2254.930工况910111213141516损伤程度(％)5.6346.3387.0427.7468.4519.1559.85910.563
[0046]
在面板单元长与宽十六分之一点施加垂直面板的单位简谐荷载，体系阻尼比取为0.025，计算不同损伤程度下长与宽八分之一点加速度反应幅值的对数跨点频响函数，如图4所示，计算频响函数相对累积差异的上限频率再计算对数跨点频响函数的相对累积差异，结果列于表2。
[0047]
表2有限元模型下损伤程度与e
t
的结果
[0048]
损伤程度％00.7041.4092.1132.8173.5214.2254.930e
t
00.0400.0850.1180.1460.1660.1930.214损伤程度％5.6346.3387.0427.7458.4519.1559.85910.563e
t
0.2200.2180.2550.2560.2730.2810.2900.301
[0049]
将不同结构密封胶损伤程度和其对应的相对累积差异大小进行线性拟合，拟合曲线如图5所示，拟合结果如式(1)
[0050]et
＝0.05189 0.02636d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0051]
拟合曲线的相关性系数为0.93086，拟合效果较好。
[0052]
如图6所示，制作一块完好的玻璃面板单元1，在玻璃面板单元1的长边1/8和短边1/8交点处布置加速度传感器3，用力锤4在玻璃面板单元1样本的长边1/16和短边1/16交点处施加脉冲荷载。加速度传感器3和力锤4的信号通过信号采集仪5传输至计算机6，通过力信号和加速度信号计算对数跨点频响函数作为无损伤下对数跨点频响函数。对结构密封胶2中的割开结构胶的损伤位置7进行切割42.2cm，得到损伤后的面板单元，测量面板单元损伤后的对数跨点频响函数，计算损伤前后的对数跨点频响函数如图7所示。计算得到损伤前
后的相对累计差异为0.2067，则由式(1)计算得到结构密封胶损伤程度为ds＝(0.2067-0.05189)/0.02636＝0.0588,而实际结构胶损伤程度为0.06，结构胶损伤程度评估效果较好。
[0053]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。