一種用于檢測錨桿脫粘的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種用于檢測錨桿脫粘的方法，包括以下步驟：S1利用加速度傳感器采集錨桿被激勵后的振動加速度信號；S2采用解析模式分解方法得到振動加速度信號的一階加速度分量，對其積分得到一階位移分量；S3對一階位移分量作希爾伯特變換，獲得錨桿的頻率?振幅曲線；S4根據(jù)頻率?振幅曲線判斷其非線性振動程度；根據(jù)非線性振動程度，進(jìn)行錨桿脫粘識別。本發(fā)明專利技術(shù)探索利用非線性振動特性進(jìn)行錨桿錨固狀態(tài)檢測的可行性，基于對錨桿桿體與膠結(jié)體界面以及錨桿膠結(jié)體與巖土體界面的無損檢測，對錨桿的錨固狀態(tài)做出評價，對于安全生產(chǎn)以及保障工程結(jié)構(gòu)安全都具有十分重要的意義。

Method for detecting debonding of anchor bolt

The invention discloses a method for detecting bolt debonding, which comprises the following steps: S1 using vibration acceleration signal acquisition by acceleration sensor bolt after excitation; S2 analytic mode decomposition method to get one order acceleration vibration acceleration signal, the product obtains the first-order displacement; S3 of the first order displacement component as Hilbert transform, obtain the frequency amplitude curve anchor; S4 determine its nonlinear vibration frequency amplitude curve according to the degree of; according to the degree of nonlinear vibration, bolt debonding recognition. The invention of the feasibility of bolt detection based on nonlinear vibration characteristics, based on the anchor rod body and cementation interface and nondestructive testing of bolt cement body and rock soil interface, anchoring state of anchor evaluation, are of great significance for the safety of production safety and the protection of Engineering structure.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種用于檢測錨桿脫粘的方法
本專利技術(shù)涉及錨桿錨固狀態(tài)檢測領(lǐng)域，具體涉及一種用于檢測錨桿脫粘的方法。
技術(shù)介紹
近年來，隨著工程建設(shè)的大規(guī)模開展，錨桿技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。錨桿雖然性能優(yōu)良，但由于在服役過程中處于復(fù)雜的受力環(huán)境，通常需要對錨桿進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的損傷(比如錨固脫粘)，保證結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。錨桿錨固質(zhì)量的無損檢測技術(shù)已成為國內(nèi)外學(xué)者的熱門研究課題，但目前的錨桿檢測方法仍有各種局限和不足，亟待理論研究的進(jìn)展和檢測方法的改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)的目的是提供一種用于檢測錨桿脫粘的方法。本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，一種用于檢測錨桿脫粘的方法，包括以下步驟：S1利用加速度傳感器采集錨桿被激勵后的振動加速度信號；S2采用解析模式分解方法(AMD)得到振動加速度信號的一階加速度分量，對其積分得到一階位移分量；S3對一階位移分量作希爾伯特變換，獲得錨桿的頻率-振幅曲線；S4根據(jù)頻率-振幅曲線判斷其非線性振動程度；根據(jù)非線性振動程度，進(jìn)行錨桿脫粘識別。進(jìn)一步，在步驟S1中，采用力錘激勵錨桿振動時需要敲擊錨桿的端頭。進(jìn)一步，所述力錘錘頭上包裹有橡膠皮層。進(jìn)一步，在步驟S2中，對位移信號采用鏡像法進(jìn)行處理，然后再進(jìn)行希爾伯特變換。有益技術(shù)效果：本專利技術(shù)探索利用非線性振動特性進(jìn)行錨桿錨固狀態(tài)檢測的可行性，基于對錨桿桿體與膠結(jié)體界面以及錨桿膠結(jié)體與巖土體界面的無損檢測，對錨桿的錨固狀態(tài)做出評價，對于安全生產(chǎn)以及保障工程結(jié)構(gòu)安全都具有十分重要的意義。附圖說明為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中：圖1為本專利技術(shù)的流程圖；圖2為信號x1振幅-時間圖；圖3為信號x1功率譜；圖4為信號x2振幅-時間圖；圖5為信號x2功率譜；圖6為混合后y1位移時間圖；圖7為混合后y1功率譜；圖8為混合后y2位移時間圖；圖9為混合后y2功率譜；圖10為AMD分解后一階信號振幅-時間圖；圖11為AMD分解后一階信號功率譜；圖12為AMD分解后二階信號振幅-時間圖；圖13為AMD分解后二階信號功率譜；圖14為加速度信號SJ1-A-20；圖15為加速度信號SJ1-A-20的功率譜；圖16為信號一階加速度分量；圖17為信號一階加速度分量的功率譜；圖18為信號一階速度分量；圖19為信號一階位移分量；圖20為振幅時程圖；圖21為瞬時頻率時程圖；圖22為信號SJ1-A-20振幅-頻率曲線；圖23為信號SJ1-A-20振幅-頻率歸一化曲線。具體實(shí)施方式以下將結(jié)合附圖，對本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本專利技術(shù)，而不是為了限制本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。非線性振動特性是指構(gòu)件或結(jié)構(gòu)在自由振動過程中自身瞬時頻率不斷變化的性質(zhì)。錨桿通過桿體與錨固膠結(jié)體接觸面和錨固膠結(jié)體與巖土體接觸面兩個界面?zhèn)鬟f錨固力。當(dāng)界面粘結(jié)良好時，錨桿在振動過程中，錨桿桿體與錨固體以及錨固體與巖土體不產(chǎn)生相對位移，兩個接觸界面上均不會產(chǎn)生摩擦。當(dāng)界面發(fā)生脫粘時，錨桿在振動過程中，脫粘處接觸面上會發(fā)生相對位移產(chǎn)生摩擦，摩擦?xí)?dǎo)致能量的損耗，產(chǎn)生非線性振動。當(dāng)界面出現(xiàn)脫空時，脫空部位沒有接觸產(chǎn)生，界面摩擦消失。摩擦是導(dǎo)致非線性振動的原因。當(dāng)界面脫粘時，由于界面上摩擦的存在，在一次自由振動過程中，振幅越大，錨桿的頻率就越低。在界面粘結(jié)良好的情況下，振動過程中界面摩擦較弱，非線性振動特性相應(yīng)較弱。當(dāng)脫粘面積不同時，脫粘面積較大的錨桿摩擦面積大，脫粘面積小的錨桿摩擦面較小，所以脫粘面積大的錨桿非線性振動特性比脫粘小的錨桿更加明顯。解析模式分解(AMD)是由Chan和Wang提出的一種基于希爾伯特變換的信號分解方法。通過設(shè)置確定的截斷頻率，解析模式分解能夠方便地將信號中各頻帶內(nèi)的成分分離開來。解析模式分解方法的本質(zhì)是利用希爾伯特變換把每一個具有特定頻率成分的信號解析地分解出來。對于具有多個密集頻率信號分量的復(fù)雜信號，AMD通過構(gòu)造一對具有相同特定頻率的正交函數(shù)，利用這對正交函數(shù)與原復(fù)雜信號的乘積的希爾伯特變換，把任意頻率小于正交函數(shù)頻率的信號解析地分解出來。基于希爾伯特變換的解析模式分解理論的表述如下：對于任意由n個信號分量組成的原信號x(t)如果它每一個分量的時變頻率ω1(t),ω2(t),...,ωn(t)滿足：|ω1(t)|＜ωb1(t)，ωb1(t)＜|ω2(t)|＜ωb2(t)..ωb(n-2)(t)＜|ωn-1(t)|＜ωb(n-1)(t)，ωb(n-1)(t)＜|ωn(t)|。其中，ωbi(t)∈(ωi(t),ωi+1(t))(i＝1,2,...,n-1)為選取的截止頻率。那么它的每一個信號分量可以解析地給出。si(t)＝sin[ωbi(t)]H{x(t)cos[ωbi(t)]}-cos[ωbi(t)]H{x(t)sin[ωbi(t)]}(i＝1,2,…n-1)(3)式中，H[.]表示希爾伯特變換運(yùn)算。對于具有時變頻率的非平穩(wěn)信號，解析模式分解定理式x(t)＝ξ(t)z(t)可拓展為：si(t)＝sin[θbi(t)]H{x(t)cos[θbi(t)]}-cos[θbi(t)]H{x(t)sin[θbi(t)]},(i＝1,2,...,n-1)(4)式中為截止頻率的積分，即相位角。原信號可以表示為2個信號之和：和表示s1(t)和的傅里葉變換，并分別在|ω|＞ωb和|ω|＜ωb為0。ωb代表任意的正數(shù)，稱為截止頻率。根據(jù)Parseval理論和附錄A中證得結(jié)論，可得：因此，s1(t)和在(-∞,+∞)是實(shí)函數(shù)。令sc(t)＝cos(ωbt),ss(t)＝sin(ωbt)。則sk(t)c(t),(k＝c,s)的希爾伯特變換可表示為：因?yàn)閟1(t)和的希爾伯特變換只有在ω＝ωb時非零，根據(jù)Bedrosian理論，式8可化為：將k＝c,s帶入式8，并解方程組，可得：sc(t)和ss(t)的希爾伯特變換可表示為：H[sc(t)]＝sin(ωbt)與H[ss(t)]＝-cos(ωbt)(12)則有，ss(t)H[sc(t)]-sc(t)H[ss(t)]＝1(13)公式6、7可化為：s1(t)＝sin(ωbt)H[x(t)cos(ωbt)]-cos(ωbt)H[x(t)sin(ωbt)](14)故信號和s1(t)的希爾伯特變換由式(1)得：由附錄A中結(jié)論，可以得到公式(14)中s1(t)的傅里葉變換，在ω＜ωb時等于在ω＞ωb時為0。同樣的公式(16)中的傅里葉變換，在ω＞ωb時等于在ω＜ωb時為0。公式3是在截止頻率取ωbi(i＝1,2,...,n-1)時，公式(12)的應(yīng)用。信號分解：令截止頻率ωb＝ωb1,ωb2,...,ωb(n-1)，則原信號可被分解為：公式(2)則可表示為：其中，si(t)(i＝1,2,...,n-1)和可通過令公式(14)、(16)中ωb＝ωbi和ωb＝ωb(n-1)得到。這個處理過程被稱為原信號的分解過程。數(shù)值積分：對于邊續(xù)的加速度曲線a(t)，對其進(jìn)行兩次積分可得位移曲線s(t)，即∫a(t)dt＝v(t)，∫v(t)dt＝s(t)(20)。實(shí)際測得的加速度信號，是離散的時間序列，無法直接積分。在此利用積分原理，將測得的t時刻前的n個離散加速度信號連線，其與x本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于檢測錨桿脫粘的方法，其特征在于：包括以下步驟：S1?利用加速度傳感器采集錨桿被激勵后的振動加速度信號；S2?采用解析模式分解方法得到振動加速度信號的一階加速度分量，對其積分得到一階位移分量；S3?對一階位移分量作希爾伯特變換，獲得錨桿的頻率?振幅曲線；S4?根據(jù)頻率?振幅曲線判斷其非線性振動程度；根據(jù)非線性振動程度，進(jìn)行脫粘識別。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于檢測錨桿脫粘的方法，其特征在于：包括以下步驟：S1利用加速度傳感器采集錨桿被激勵后的振動加速度信號；S2采用解析模式分解方法得到振動加速度信號的一階加速度分量，對其積分得到一階位移分量；S3對一階位移分量作希爾伯特變換，獲得錨桿的頻率-振幅曲線；S4根據(jù)頻率-振幅曲線判斷其非線性振動程度；根據(jù)非線性振動程度，進(jìn)行脫粘識別。2.根...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曹暉，曹永紅，華建民，劉賢靜，
申請(專利權(quán))人：重慶大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：重慶,50