空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與安全性評(píng)價(jià)方法研究.pdf

1、空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是一種新型結(jié)構(gòu)體系,近三十年來在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展,愈來愈廣泛地應(yīng)用于各類公共建筑領(lǐng)域,成為國家或地區(qū)建筑科技進(jìn)步水平高低的象征。然而,其興盛背后也存在著安全隱患。許多工程事故分析表明,構(gòu)建一套適宜于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的安全性評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn),已經(jīng)成為關(guān)注的焦點(diǎn)和亟待解決的課題。既有的結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)研究與應(yīng)用成果多針對(duì)磚混結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu),空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)尚處于起步階段,很多方面有待于進(jìn)一步深化研究。鑒于此,本文以國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《

2、西北地區(qū)空間網(wǎng)殼－鋼筋砼結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理及減震體系研究》(51068019)課題為依托,在分析空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理的基礎(chǔ)上,通過理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)例論證,對(duì)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別及其安全性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。
　　 本文研究的主要內(nèi)容如下:
　　 (1)通過對(duì)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、損傷類型與破壞形式的分析,給出了在役空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)安全性控制的數(shù)學(xué)模型,以及在役空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)安全性控制的主要對(duì)象、安全性控制參數(shù)與計(jì)

3、算方法;
　　 (2)通過對(duì)既有傳感器優(yōu)化布置方法和空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布規(guī)律、結(jié)構(gòu)損傷特征以及其結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工作方式分析,提出了適宜于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)傳感器布置方法、損傷參數(shù)及其識(shí)別方法;
　　 (3)建立了空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)不同類型構(gòu)件截面積與結(jié)構(gòu)荷載因子之間的計(jì)算模型,提出了確定此類結(jié)構(gòu)桿件的權(quán)重計(jì)算方法,以及空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)構(gòu)件(包括節(jié)點(diǎn))之間權(quán)重分配方案和量化標(biāo)準(zhǔn);
　　 (4)基于FUZZY數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)原

4、理,對(duì)既有模糊綜合評(píng)價(jià)方法涉及的隸屬函數(shù)和權(quán)重指標(biāo)、綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型、評(píng)判指標(biāo)等問題的研究,結(jié)合空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)特點(diǎn),給出了空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的安全性評(píng)價(jià)程序、評(píng)價(jià)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)以及綜合評(píng)價(jià)方法。
　　 研究結(jié)果表明:
　　 (1)在役空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的安全性評(píng)價(jià),其結(jié)構(gòu)荷載模型、荷載效應(yīng)組合方式應(yīng)按照現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行,結(jié)構(gòu)抗力模型可以主要考慮幾何參數(shù)和計(jì)算模式因素的影響;
　　 (2)在役空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的安全性需要從結(jié)構(gòu)桿件

5、、節(jié)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性三個(gè)方面加以控制,以現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)算,其中結(jié)構(gòu)桿件(包括節(jié)點(diǎn))可以用構(gòu)件內(nèi)力作為控制參數(shù),結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性可以用結(jié)構(gòu)承載力為控制參數(shù);
　　 (3)可以分別采用靜態(tài)應(yīng)變分析法和基于動(dòng)能原理的有效節(jié)點(diǎn)法,對(duì)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及桿件基于損傷識(shí)別的傳感器布置進(jìn)行優(yōu)化;
　　 (4)可以采用結(jié)構(gòu)桿件損傷前后應(yīng)變差值確定空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)桿單元的損傷位置與損傷程度;以連接域面積為變量,采用桿件內(nèi)力變化差為損傷參數(shù),識(shí)

6、別桿件節(jié)點(diǎn)的損傷位置與損傷程度:以結(jié)構(gòu)損傷前后的節(jié)點(diǎn)位移與結(jié)構(gòu)承載力之積的比值作為損傷參數(shù),識(shí)別結(jié)構(gòu)整體的損傷程度;
　　 (5)在安裝與使用過程中,結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的儀器設(shè)備應(yīng)采取有效的防范措施;健康監(jiān)測系統(tǒng)的智能化程度,傳統(tǒng)檢測方法和現(xiàn)代傳感技術(shù)的綜合利用,是提高結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別精度與安全性評(píng)價(jià)效果的基本方略。
　　 通過K6型單層網(wǎng)殼試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃透拭C省慶陽體育館大型復(fù)雜網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)工程實(shí)例的系統(tǒng)監(jiān)測與安全性評(píng)價(jià),驗(yàn)證了本文針對(duì)空