網(wǎng)架結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中傳感器優(yōu)化布置研究.pdf

1、隨著工程技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代大跨度空間結(jié)構(gòu)，體系同益新穎，形式同益復(fù)雜，規(guī)模R益龐大。而這類大跨度空間結(jié)構(gòu)通常運(yùn)用于體育場館、機(jī)場侯機(jī)樓、會(huì)展中心、影劇院等公共服務(wù)設(shè)施的建筑，通常是人員聚集、大型活動(dòng)的場所。因此，對(duì)空間結(jié)構(gòu)在建造和服役期間的健康監(jiān)測、診斷以及各種災(zāi)害影響下的損傷預(yù)測、識(shí)別與預(yù)警進(jìn)行研究，不僅具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值，更具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。就目前來講，國內(nèi)外對(duì)空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的研究與應(yīng)用尚未形成系統(tǒng)。本文根據(jù)近年來國內(nèi)外在土木工程

2、健康監(jiān)測方面的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，著重于實(shí)施健康監(jiān)測的首要問題一傳感器的優(yōu)化布置。結(jié)合空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，分析了其布置準(zhǔn)則，編寫了相應(yīng)優(yōu)化布置程序。 首先，本文從數(shù)學(xué)描述的角度出發(fā)，就最基本的模態(tài)分析技術(shù)和動(dòng)力學(xué)特征值問題作簡要的介紹；然后闡述了最有代表性的傳感器優(yōu)化布置準(zhǔn)則，其中重點(diǎn)分析了四種傳統(tǒng)的和基于能量和模態(tài)保證的傳感器優(yōu)化布置準(zhǔn)則的基本原理。之后，介紹了實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的四種典型算法：非線性規(guī)劃優(yōu)化方法、序列法、推斷算法、隨機(jī)類方

3、法。隨即類方法主要是非傳統(tǒng)的優(yōu)化算法，它是近幾年發(fā)展起來的模擬生物和物理過程的方法，其在傳感器布置中占有重要的地位。其中以遺傳算法的研究和應(yīng)用最為廣泛。本文利用遺傳算法將基于能量的傳感器布置理論準(zhǔn)則轉(zhuǎn)變?yōu)榈目捎贸绦蚰K，并對(duì)程序所涉及到的核心算法做了詳細(xì)介紹。其可在給定欲布置的傳感器數(shù)目的前提下，利用模態(tài)分析理論，計(jì)算出應(yīng)變傳感器在結(jié)構(gòu)中的最佳布置位置。對(duì)于桿件以軸向力為主的桿系空間結(jié)構(gòu)，導(dǎo)入結(jié)構(gòu)的應(yīng)變模態(tài)信息進(jìn)行分析計(jì)算；對(duì)于桿件以受

4、彎曲為主的空間結(jié)構(gòu)，導(dǎo)入結(jié)構(gòu)的曲率模態(tài)信息進(jìn)行分析。 其次，詳細(xì)分析了常規(guī)的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的傳感器布置問題。通過幾個(gè)網(wǎng)架算例的計(jì)算結(jié)果表明：在結(jié)構(gòu)對(duì)稱的前提下，測點(diǎn)的布置是基本對(duì)稱的，特別是在測點(diǎn)數(shù)很少的情況下。另外，最優(yōu)測點(diǎn)具有繼承性，這與最優(yōu)布設(shè)的理論邏輯是吻合的。通過平板網(wǎng)架的算例可以看出：在其上布置應(yīng)變傳感器時(shí)候，從網(wǎng)架的弦桿層方面來考慮，應(yīng)優(yōu)先考慮布置在下弦桿件上，其次再考慮布置于上弦上，最后才考慮往腹桿上布置應(yīng)變傳感器