網(wǎng)架結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中傳感器優(yōu)化布置研究.pdf

1、隨著工程技術(shù)的進步，現(xiàn)代大跨度空間結(jié)構(gòu)，體系同益新穎，形式同益復雜，規(guī)模R益龐大。而這類大跨度空間結(jié)構(gòu)通常運用于體育場館、機場侯機樓、會展中心、影劇院等公共服務(wù)設(shè)施的建筑，通常是人員聚集、大型活動的場所。因此，對空間結(jié)構(gòu)在建造和服役期間的健康監(jiān)測、診斷以及各種災(zāi)害影響下的損傷預測、識別與預警進行研究，不僅具有重要的學術(shù)價值，更具有重要的現(xiàn)實意義。就目前來講，國內(nèi)外對空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的研究與應(yīng)用尚未形成系統(tǒng)。本文根據(jù)近年來國內(nèi)外在土木工程

2、健康監(jiān)測方面的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，著重于實施健康監(jiān)測的首要問題一傳感器的優(yōu)化布置。結(jié)合空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點，分析了其布置準則，編寫了相應(yīng)優(yōu)化布置程序。 首先，本文從數(shù)學描述的角度出發(fā)，就最基本的模態(tài)分析技術(shù)和動力學特征值問題作簡要的介紹；然后闡述了最有代表性的傳感器優(yōu)化布置準則，其中重點分析了四種傳統(tǒng)的和基于能量和模態(tài)保證的傳感器優(yōu)化布置準則的基本原理。之后，介紹了實現(xiàn)優(yōu)化的四種典型算法：非線性規(guī)劃優(yōu)化方法、序列法、推斷算法、隨機類方

3、法。隨即類方法主要是非傳統(tǒng)的優(yōu)化算法，它是近幾年發(fā)展起來的模擬生物和物理過程的方法，其在傳感器布置中占有重要的地位。其中以遺傳算法的研究和應(yīng)用最為廣泛。本文利用遺傳算法將基于能量的傳感器布置理論準則轉(zhuǎn)變?yōu)榈目捎贸绦蚰K，并對程序所涉及到的核心算法做了詳細介紹。其可在給定欲布置的傳感器數(shù)目的前提下，利用模態(tài)分析理論，計算出應(yīng)變傳感器在結(jié)構(gòu)中的最佳布置位置。對于桿件以軸向力為主的桿系空間結(jié)構(gòu)，導入結(jié)構(gòu)的應(yīng)變模態(tài)信息進行分析計算；對于桿件以受

4、彎曲為主的空間結(jié)構(gòu)，導入結(jié)構(gòu)的曲率模態(tài)信息進行分析。 其次，詳細分析了常規(guī)的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的傳感器布置問題。通過幾個網(wǎng)架算例的計算結(jié)果表明：在結(jié)構(gòu)對稱的前提下，測點的布置是基本對稱的，特別是在測點數(shù)很少的情況下。另外，最優(yōu)測點具有繼承性，這與最優(yōu)布設(shè)的理論邏輯是吻合的。通過平板網(wǎng)架的算例可以看出：在其上布置應(yīng)變傳感器時候，從網(wǎng)架的弦桿層方面來考慮，應(yīng)優(yōu)先考慮布置在下弦桿件上，其次再考慮布置于上弦上，最后才考慮往腹桿上布置應(yīng)變傳感器