張弦梁結(jié)構(gòu)基于模態(tài)參數(shù)的損傷識(shí)別方法與試驗(yàn)研究.pdf

1、張弦梁是由上部剛性拱桁架與下部柔性拉索通過(guò)撐桿組合而成的一種空間雜交結(jié)構(gòu)形式，被廣泛應(yīng)用到體育館、候車廳等大跨鋼屋蓋結(jié)構(gòu)中。隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增長(zhǎng)，越來(lái)越多的張弦梁結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)安全評(píng)估與維修加固的需求，尤其此類結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)損傷會(huì)對(duì)重要工程的安全使用產(chǎn)生較大影響，甚至可能引起連續(xù)倒塌，因此研究張弦梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)期的損傷識(shí)別具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。但張弦梁結(jié)構(gòu)中存在拉索、撐桿和桁架等不同類型桿件，受力機(jī)理更加復(fù)雜，其損傷識(shí)別與常規(guī)橋梁式結(jié)構(gòu)或多高層建筑

2、結(jié)構(gòu)存在明顯差異，目前相關(guān)的理論和試驗(yàn)研究仍然較少。為此，本文針對(duì)張弦梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合下部索撐體系和上部桁架桿件敏感性分析，提出適用于張弦梁結(jié)構(gòu)的基于模態(tài)參數(shù)的損傷組合識(shí)別方法，開(kāi)展張弦梁考慮不同類型損傷工況的損傷識(shí)別試驗(yàn)，并針對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用進(jìn)行損傷識(shí)別的數(shù)值模擬驗(yàn)證，主要內(nèi)容包括:
　　(1)通過(guò)正則化頻率變化率、曲率模態(tài)差以及模態(tài)柔度差曲率等損傷識(shí)別方法的理論分析，研究三種損傷識(shí)別指標(biāo)的優(yōu)缺點(diǎn)與適用性，為張弦梁結(jié)構(gòu)下部索撐體系

3、和上部桁架桿件分別選取適合的損傷識(shí)別指標(biāo)奠定基礎(chǔ)。
　　(2)建立張弦桁架結(jié)構(gòu)ANSYS有限元分析模型，利用概率設(shè)計(jì)模塊(PDS）對(duì)有限元模型各部分桿件單元進(jìn)行敏感性分析，研究上部桁架結(jié)構(gòu)部分、下部索撐結(jié)構(gòu)部分、弦桿焊縫部分以及拉索預(yù)應(yīng)力等參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)固有頻率的影響程度，為選取適合的損傷識(shí)別和確定結(jié)構(gòu)損傷預(yù)設(shè)位置提供依據(jù)。
　　(3)基于桿件敏感性分析結(jié)果以及各損傷識(shí)別方法的適用性，提出適用于張弦桁架結(jié)構(gòu)的損傷組合識(shí)別方法:應(yīng)

4、用正則化頻率變化率指標(biāo)對(duì)下部索撐部分進(jìn)行損傷識(shí)別;應(yīng)用曲率模態(tài)差和模態(tài)柔度差曲率對(duì)于上部桁架部分進(jìn)行損傷識(shí)別;在有限元模型中實(shí)現(xiàn)桁架部分損傷、索撐部分損傷、焊縫損傷以及拉索預(yù)應(yīng)力損失等各類不同損傷的數(shù)值模擬，開(kāi)展不同損傷工況下的損傷識(shí)別分析，驗(yàn)證各損傷識(shí)別指標(biāo)對(duì)張弦桁架結(jié)構(gòu)各部分的損傷識(shí)別可行性，從而驗(yàn)證張弦桁架結(jié)構(gòu)損傷組合識(shí)別方法的有效性。
　　(4)設(shè)計(jì)并完成了兩榀6m跨張弦桁架結(jié)構(gòu)縮尺模型的損傷識(shí)別試驗(yàn)研究，對(duì)不同截面尺寸的

5、兩榀模型進(jìn)行了損傷組合識(shí)別方法的驗(yàn)證，結(jié)合有限元模型的桿件敏感性分析結(jié)果確定試驗(yàn)結(jié)構(gòu)桿件損傷位置，設(shè)計(jì)多種損傷工況，包括桁架部分損傷、索撐部分損傷以及拉索預(yù)應(yīng)力損失等。按照各工況順序?qū)Y(jié)構(gòu)模型進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，采用沖擊力錘對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行力錘激勵(lì)。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)構(gòu)無(wú)損工況測(cè)得的模態(tài)數(shù)據(jù)與有限元模擬無(wú)損工況獲得的模態(tài)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證模型的正確性，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得各工況模態(tài)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了各損傷識(shí)別指標(biāo)在該試驗(yàn)中損傷識(shí)別的有效性，為后續(xù)工程應(yīng)用提供依據(jù)。