结合静态监测和动态实验的网架结构损伤识别研究

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考虑网架结构长期静态监测的温度应变数据和动态实验下的模态测试数据,对这两种实际工程数据进行相应损伤识别方法的探讨和分析,通过子结构的理论结合了动态功率谱灵敏度的损伤识别方法和温度驱动的静态应变灵敏度的损伤识别方法,提出了符合实际工程应用的结合静态监测和动态实验的网架结构损伤识别及性能评价。在温度驱动的静态应变灵敏度的损伤识别方法中,由于考虑温度差和应变差的关系,所以规避了实际工程中如:无法获取结构初始应变和难以测得结构外部荷载等不确定问题。将子结构融入到动态功率谱灵敏度损伤识别方法中,实现了在缩聚结构上识别被缩聚结构的损伤,然后将被缩聚结构进行静态温度应变监测,从而动静态两种方法得到了结合。通过理论推导、数值模拟、实际工程监测及实验数据分析,结合静态监测和动态实验的该方法更符合实际的工程应用。首先在理论部分,推导了关于截面积的动态功率谱灵敏度损伤识别方程和关于截面积的静态温度驱动的应变灵敏度损伤识别方程,数值模拟静态方法只可以识别监测关键杆件的健康状况,且还需要默认其它杆件为健康。结合子结构方法的动态损伤识别方法不但简化模型提高了计算效率,而且实现了在健康的缩聚结构(相对于静态方法中的其他杆件)上识别被缩聚结构(相对于静态方法中的关键杆件)的损伤,这样包含结构整体信息的动态数据进行动态方法识别后,不但能与静态方法进行互相验证,同时也判断了除监测关键杆件外的结构其他杆件的健康状况。然后实验部分,针对新建网架工程应用中进行长期静态监测关键杆件的做法更加经济较易推广,在静态长期监测数据没有异常的情况下,无需直接进行动态方法的损伤识别。采用相对简单的动态模态频率实验来代替获取如功率谱等的动态实验,动态模态频率实验获得的结构动态响应可以初步判断结构的整体状况,也能够验证静态长期监测数据没有异常的分析结果,动态模态频率实验降低了动态实验成本和实验难度。本文以保定市设计院新建设计研发基地项目-设计研发中心篮球馆顶部承重网架结构的长期健康监测为研究对象,分析长期监测静态温度应变数据和施工阶段、服役阶段进行的动态模态频率实验数据,建立了网架结构对应的ANSYS有限元模型用以理论和实验的模态频率的对比。研究结果表明:长期监测的静态温度应变数据规律没有出现异常,动态实验可靠,也没有出现明显的异常变化,最终评估网架结构整体刚度大,结构性能健康。
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