基于小波变换模态参数识别原理的共振拆除法理论研究

韩彦龙

（承德石油高等专科学校 机械工程系，河北 承德 067000）

基于小波变换模态参数识别原理的共振拆除法理论研究

韩彦龙

（承德石油高等专科学校 机械工程系，河北 承德 067000）

提出了一种经济、安全的建筑物拆除法-共振拆除法。依据小波变换模态参数辨识原理，求得建筑物理论固有频率及模态参数；建立楼房数学模型，模拟安装多台激振器，遥控激振器发出与建筑物固有频率相同频率激励，使楼房共振。建筑物激烈振动而坍塌，实现安全拆除建筑物的目的。

共振拆除法；小波变换；固有频率

现阶段废旧建筑物拆除主要采用爆破方式，强烈的振动波会对周围建筑物造成结构性损坏。共振拆除法模拟建筑物上多处安装激振器，遥控使其持续产生与建筑物固有频率相同频率的激励，建筑物发生共振，剧烈振动而倒塌。

1 模态参数辨识

信号x(t)=A(t)cos(ωt)解析信号为：其中，H[(x(t))]为x(t)Hilbert变换：

x(t)与xa(t)小波变换关系是：

将在附近泰勒级数展开：

小量忽略得：

单自由度粘性阻尼系统脉冲响应函数可表示为：

由（5）式，单自由度粘性阻尼系统脉冲响应函数的小波变换为：

给定尺度参数，小波变换的模与相位分别为：

单自由度粘性阻尼系统脉冲响应函数小波变换后，由其模及相位可得到：

通过脉冲响应函数小波变换模在单对数坐标中的直线斜率及小波变换幅角直线斜率，就可以估算出系统的固有频率和相对阻尼比。建筑物为多自由度粘性阻尼振动系统，其脉冲响应函数可以写成：

其中，N是需考虑的模态阶数，A0i，ωni，ωdi和 ■1-ξ2ωni分别是系统第i阶振幅、无阻尼情况固有频率，有阻尼情况固有频率和相对阻尼比。对式（12）（13）做小波变换

由于小波变换为线性变换，可交换（14）式求和积分的运算顺序，将Ai(t)在t=b附近泰勒级数展开并将小量o(Ai(b))忽略，考虑式（4）（5）得到（15）不同尺度的小波变化相当于用一组带通滤波器对信号进行带通滤波处理，选择不同尺度参数值a，使得小波基的频窗中心近似等于某阶模态频率，可实现模态滤波，系统解耦。

式重写为：

根据（10）（11）：

这样就可以估算出建筑物系统的第i阶固有频率和相对阻尼比。

2 楼房数学模型

以一幢6层混凝土结构楼房为例，如图1示。利用小波变换原理，可求得该楼房某低阶共振频率。为保证激振器有足够能量使该楼房发生共振，在墙壁上钻出与激振器外形相配合的透墙孔，安装时使激振器与墙壁充分接触并用螺栓固定，选用能产生较大能量的励磁式电动激振器。每层楼房的四面墙壁上各安装一个励磁式电动激振器，遥控激振器同时启动。调节激振器的振动频率为ωn。在安全距离之外遥控同时启动激振器，楼房在这些激振器同时激励的情况下发生共振，发生倒塌，达到拆除楼房的目的。

图1 楼房模型

3 展望

与传统爆破相比，共振拆除法更具经济性，可避免爆破时对周围房屋的结构性损坏。建筑物坍塌范围易控制，废弃建筑材料易收集清理。不可否认，共振拆除也存在一些技术问题，激振器能否产生足够能量使建筑物产生共振，有待实验证实。相信不久的将来，共振拆除将作为一种新的方法被广泛应用。

[1]张义民，机械振动[M].北京，清华大学出版社，2007．

[2]闻邦椿.振动利用工程[M].北京:科学出版社，2005．

[3]李鹤，姚红良，闻邦椿等.基于小波变换方法的高层建筑模态参数辨识[J].振动与冲击，2005．

[4]陈元鹏.土木工程结构实时动态监测系统的设计与应用[D].兰州：兰州理工大学，2011．

图2 线圈松驰图

5 结语

由上述可知，当立式绕线机拉力值过小时，线圈绕制完成后，线圈不紧实，导线间有间隙，且B端尺寸大于技术要求值。适当的增大立式绕线机拉力可以减小线饼B端尺寸，且不影响导线线规，从而改善B端尺寸偏大的问题。但是当立式绕线机拉力过大，又会导致线圈不符合技术要求。

表2 导线线规变化表

由此得出，绕线机的拉力与线圈尺寸息息相关，在线圈绕制时，绕线机拉力必须调整到适当的匹配值。

Thoretical Research on Resonance Demolition based on the Identification Principle of WT Modal Parameters

HAN Yan-long
（Department of Mechanical Engineering,Chengde Petroleum College,Chengde，Hebei 067000,China）

In this paper,a new economy safe method for removing building called resonance demolition was put forward.We got the natural frequency and modal parameters of a building system based on the theory of wavelet transform modal parameter identification.The mathematical model of the building system was establish.Many exciters were simulated and installed,remote control exciters generated incentive with the same frequency of the natural frequency of the buildings,Finally,the exciters and building systems achieved resonance.Because of vibrating intensely,the building collapsed.and the goal of tearing down used buildings with the method of resonance instead of blasting with dynamite was achieved.

Resonance Demolition；Wavelet transform(WT)；Natural frequency

TH113.1

A

2095-980X（2015）02-0058-02

2015-01-15

韩彦龙（1987-），男，河北石家庄人，硕士，主要研究方向：机械设计及理论。