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钢结构施工过程中因环境温度作用和焊接会产生变形和残余应力,可能影响结构的施工安全。钢结构运营过程中环境温度在改变结构内力的同时也会改变结构模态参数,从而影响结构损伤预警的精度。复杂钢结构的静力性能和动力特性受温度影响更为复杂,因此亟需对其施工和运营过程中的温度效应进行研究。本文采用数值模拟、现场监测和试验研究相结合的方法,对复杂钢结构施工过程中的环境温度效应、焊接残余应力和运营过程中的环境温度效应进行了研究。主要内容和成果如下:(1)建立了复杂钢结构施工温度场模型。基于应力等效原则对太阳辐射下构件有效温度进行修正,采用2个正态分布函数对监测所得构件有效温度进行非线性拟合,建立了复杂钢结构施工温度场模型。将所建立温度场模型应用于白浪河摩天轮结构施工过程模拟,结果表明:构件有效温度日温差符合Boltmann分布,温度效应分析时应依据构件有效温度对极限温度值进行调整;基于所建立温度场模型的数值模拟结果与实测结果吻合较好。(2)分析了复杂钢结构施工过程中的环境温度效应。基于所建立温度场模型分析了构件安装温度和安装过程对复杂钢结构静力性能的影响,研究了施工合拢温度对结构最大应力的影响。结果表明:考虑构件安装温度和安装过程会影响竣工后结构的节点位移和构件应力,白浪河摩天轮结构应力最大相差分别为48MPa、72MPa;确定合理的施工合拢温度可减小结构最大应力,白浪河摩天轮结构最大应力降低40MPa。(3)分析了宽对接焊缝焊接残余应力对复杂钢结构静力性能的影响。复杂钢结构施工过程中焊缝宽度难以控制,分别采用盲孔法和SYSWELD对宽对接焊缝残余应力分布进行了试验研究和数值模拟,分析了宽对接焊缝焊接残余应力对复杂钢结构静力性能的影响,以及超声波冲击法消除应力的有效性。结果表明:焊接残余应力峰值随焊缝宽度的增大而增大,最大值接近母材的屈服强度;焊缝收缩变形对白浪河摩天轮结构合拢处构件内力的影响不容忽视;采用超声波冲击法可有效消除宽对接焊缝残余应力,试验中4条焊缝的横向和纵向残余应力峰值分别平均降低了22%、28%。(4)分析了环境温度对复杂钢结构静力性能和模态频率的影响。探讨了环境温度对结构静力性能和模态频率的影响机理,通过白浪河摩天轮结构数值模拟结果和实测数据对比,揭示了复杂钢结构静力性能和模态频率的温度影响规律,并采用BP神经网络技术对环境温度影响的消除进行了研究。结果表明:环境温度主要通过改变材料弹性模量以及结构内力和几何状态来改变结构模态频率;白浪河摩天轮结构模态频率随温度升高而降低,在监测期内前四阶频率最大变化幅度为3.04%;BP神经网络模型可以正确反映模态频率和环境温度之间的变化关系,利用建立的频率-温度回归模型可有效消除环境温度对结构模态频率的影响。(5)建立了考虑环境温度影响的复杂钢结构损伤预警方法。采用粒子群(PSO)算法对支持向量回归-时间序列(SVR-ARMA)组合模型进行参数优化,并结合均值控制图法建立了复杂钢结构的损伤预警方法,通过假设检验方法模拟不同程度损伤对所建方法的有效性进行验证。结果表明:PSO算法可提高SVR-ARMA组合模型的泛化能力和预测精度,所建立的PSO-SVR-ARMA模型与基本SVR模型相比,频率预测精度提高了22%;基于PSO-SVR-ARMA频率预测模型的损伤预警方法可识别由轻微结构损伤造成频率的异常变化,具有良好的损伤预警精度。