空间网架结构损伤程度识别的模拟与试验研究

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空间网架结构是目前国内外最常用的大跨度空间结构形式之一,由于杆件损伤导致网架整体倒塌事故的案例,引起了学者对空间网架结构健康检测的重视。前人对网架结构健康检测的研究方法是通过静力特性方法、动力特性方法、计算智能方法对网架结构的损伤程度进行识别,该方法各有其优缺点。若能够应用更理想的方法准确的对网架结构损伤程度进行掌控,可以有效的避免因为网架结构的倒塌对人民生命和财产安全产生的威胁。通过把位移静力特性、轴力动力特性方法相结合的方式,应用时间历程法、轴力法对网架结构损伤程度进行识别,达到取长补短的效果。从而克服了动力特性法不适用于复杂结构和对称结构对称损伤工况识别的不足,同时也解决了静力特性法识别效果不良的问题,而且也提高了损伤识别的准确率。基于定位损伤杆件的前提下,通过模型试验和数值模拟手段,应用时间历程方法对四角锥网架杆件进行损伤程度识别研究。获得不同损伤程度杆件两端节点的位移-时间历程曲线,应用Matlab对该曲线进行拟合分析。结果表明:在不同损伤工况下,损伤杆件两端节点的位移-时间历程曲线可以近似拟合成直线,通过对该直线的斜率与杆件损伤程度的分析,分别得到上弦杆件、腹杆、下弦杆件两端节点的位移-时间历程直线的斜率K值与杆件损伤程度的关系式。基于定位损伤杆件的前提下,运用模型试验和数值模拟手段,应用轴力法对四角锥网架杆件进行损伤程度识别研究。分别得到网架结构的上弦杆件、腹杆、下弦杆件在不同损伤程度工况下,杆件轴力变化与损伤程度的关系式。同时验证了频率法对于测量网架杆件轴力的效果。对上述两种方法在实际工程中对网架杆件损伤程度的识别效果进行了模拟研究,结果表明:运用时间历程方法对网架杆件损伤程度识别效果较准确。运用轴力法对网架结构轻微损伤识别效果不佳,但当网架结构发生较大损伤效果较准确。即当网架发生18%以上损伤时,用该方法对网架杆件损伤程度识别效果较准确。同时应用这两种方法对同一网架结构进行损伤识别,可以有效的克服动力特性法,静力特性法的劣势,提高损伤识别的容错率。通过对以上两种方法的研究,为网架结构损伤程度识别在实际工程中的应用起到了参考作用。
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