大跨度空间网格结构的损伤定位
测量模态不完整情况下空间网架结构的损伤识别
G
mm
+ D Msm + Mms DG + DG Mss DG
T G
（5 ）
1.2
IRS 方法
坐标缩减式为 ：
x=
=s s x =T x s s x D xm
s
3.2 最小二乘支持向量机 （ LS-SVM ）
m
I
m
I
设 样 本 集 为 （xi，yi） … （xt，yt）， 其 中 x ∈Rn 表 示 n 维的训练样本输入 ， y 对于分类问题取值是 +1、 -1， 对于回归问题 ， y 的取值是 R 。
上的惯性力 ， 则由式 （1） 第二行分割式得到坐标变换 ，
LOCj = 1 m
Σ CC
i=1
m
ij
i，max
Ci，max 是第 i 阶向量中的最大元素 。 LOC 是一个大小在
［0，1］之间的数 ， LOC 较大者对应着可能损伤的单元 。
xs = -K-1 ss Ksm xm = DG xm
立 Guyan 坐标缩减式 ：
类似分类问题对应的线性方程组为 ：
軋 軋 軋 軋 軋 軋 軋 軋 軋
7.8 g/mm3。 上弦 6 跨 ， 下弦 5 跨 ， 12 个支座 。 网架和
节点编号如图 1 所示， 图中圆圈标出杆件为损伤模拟位 置。 共 3 根杆件对应 3 种单损伤情况。 网架结构的频率 和 振 型 由 ANSYS 有 限 元 分 析 软 件 得 到 ， 采 用 的 是
7表3不同测量自由度下三种扩充方法的损伤识别damageidentificationresultsfromthreedifferentexpansiontechniquesfordifferentnumbersofdofstable3自由度三种工况下识别的损伤杆件数目guyan法irs法动态法10050201322213222222136622213662221366222136622213662221366222宋玉普等测量模态不完整情况下空间网架结构的损伤识别13土木工程学报2009年法在20个测量自由度下表中所示为222表示可以只能识别第3工况的损伤杆件第12工况不能识别
大跨度空间网格结构节点损伤识别定位
（ 天津大学建筑工程学院 ， 天津 ３０ ７ ） ０ ０ ２
摘 要 ：为检测 大跨度 空间网格 结构状 况， 对大跨 度 空间网格结 构的 节点损伤识 另 定位进 行 了研 究， 出了适 用 １ 提
于大跨度 空间网格 结构节点损 伤识 别的两步定位 法． 用模 态曲率变化 比进 行节 点损 伤 的初 定位 ， 利 识别 出损 伤节 点所在的子结构 ； 以此子结构为研 究对象， 利用杆 端应 变模 态变化 比对节点损伤进 行准确 定位． 以天津奥林 匹克 中
ｐｏｅ ｒｔｅａ ｃｒｔ ｌｃｔ ｎｏ ｉｔ ａ ｇ ．Ａ ｓ ， ｈ ｅ ｔ ｃｔ ｎ ａ ｄｌｃｔ ｎｏ ｉｔ ａ ａ ｅｉ ｅｒｏ ｌｙｄｆ ｃ ｕａｅ ｏａｉ ｆ ｏｎ ｍａｅ ｌｏ ｔｅｉ ｎｉ ａｉ ｏａｉ ｆ ｏｎ ｍ ｇ ｔ ｆ ｏ ｈ ｏ ｊ ｄ ｄ ｆ ｏ ｎ ｉ ｏ ｊ ｄ ｎｈ ｏ
维普资讯
第４ ０卷
第 ６期
天
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大
学
学
报
Ｖｏ ． Ｎｏ ６ １４０ ．
２０ ０ ７年 ６月
Ｊ ｕｎ ｏ ｉ ｊ ｉｅｓ ｙ ｏ ｒ￣ ｆＴａ ｉ Ｕｎｖｒｉ ｎｎ ｔ
Ｊｎ ０７ ｕ ．２ ｏ
大 跨 度 空 间 网格 结构 节 点 损伤 识 别 定 位
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｄｎｉｃｔ ｎａ ｄｌｃｔ ｎｏ ｉｔ ａ ｇ ｎｌｎ — ａ ｐｔ ｌｓ ｕ ｔｒ ｅｅ ｉｖｓｉ ｔｄ ａ ｄａ ｓ ｃ ：Ｔ ｅｉｅ ｔ ａｉ ｎ ａｉ ｆ ｏ ｍａｅｉ ｏ ｇｓ ｎ ｓａｉ ｔ ｃｕｅｗ ｒ ｎ ｅｔ ａｅ ｒ ｉ ｆ ｏ ｏ ｏ ｊｎ ｄ ｐ ａ ｒ ｇ ｎ
ｃ ａｇ ｔ ｆ ｈ ｏ ｅｓａ ｅｃ ｒａｕｅＷ ｕ ｈｓｎ ｉｖ ｏｔｅｊｉｔ ａ ｇ ｎ ａ ｂｅｔ ｃ ｔ ｔｅａｃ — ｈ ｎ ｅｒ ｅｏ ｅｍ ｈｐ ｕ ｔｒ ａ ｍ ｃ ｅ ｓ ｉｅｔ ｎ ｍ ｅａ ｄＷ ａ ｌ ｌ ａ ｈ ｃｕ ａ ｔ ｄ ｖ ｓ ｔ ｈ ｏ ｄａ ｓ ｏｏ ｅ ｒｔ ｓｂ ｔ ｃｕｅｆｒｔｅｏ ｃｒ ｎ ｅｏ ｌ ｈ ｏｎ ａ ａｅ ｈ ｈ ｇ ａｅｏ ｏ ｎ ｏ ａ ｓ ａｎ Ｗ ｃ ａ ｕ ｓ ｔｒ ｈ ｃｕｒ ｃ ｆａｓｉ ｔ ｉｔｄ ｍ ｇ ；ｔｅｃ ａ ｅｒｔ ｆｒ ｅ ｄ ｍ ｄ ｔ ａ ｍｕ ｈ ｅ ｕ ｒ ｏ ｅ ｇ ｊ ｎ ｄ ｌ ｒ ｉ ｓ ｂ ｅｔ ｄ ｔｃ ｔｅａｃ ｒ ｅｌ ａｉ ｆｏｎ ｍ ｇ ．Ｔ ｒｆｒ ，ｔｅａ ｐｉ ｂｌｙａ ｄｔ ｆ ｔ ｎ ｓ ｆ ｈ — ａ ｌ ｅｅｔ ｈ ｃｕ ｔ ｃｔ ｎ ｏ ｉｔ ａ ａｅ ｈ ｅｅｏｅ ｈ ｐ ｌ ａ ｉｔ ｎ ｅｅｆｃｉｅ ｅｓｏ ｅｔ ｏ ｏ ａ ｏ ｏ ｊ ｄ ｃ ｉ ｈ ｅ ｖ ｔ ｗ ｓｅ ｔｏ ｓｄ ｉ ｅｉｅ ｔ ｃｔ ｎａ ｄｌｃｔ ｎｏ ｏ ｔｄｍａｅｉ ｏ ｇｓ ａ ｐ ｔ ｔ ｃ ｒ ｒ ｅ ｆ ｄ ｔｐｍｅｈｄ ｕｅ ｔ ｄｎｉ ａｉ ｏａｉ ｆ ｉ ａ ｇ ｎｌｎ —ｐ ｓ ａ ａ ｓｒ ｔ ｅａｅｖｒ ｅ ． ｎｈ ｉ ｆ ｏｎ ｏ ｊｎ ｎ ｉ ｕ ｕ ｌ ｉ ｉ
大型结构损伤识别及评估技术研究
大型结构损伤识别及评估技术研究随着现代社会建筑结构的不断发展，大型建筑和桥梁等重要结构的安全问题越来越引起人们的关注。
在这些重要结构的使用中，由于各种原因，这些结构可能会受到损坏，而且难以在外表上检测到，这对建筑安全和人员生命造成了重大威胁。
因此，研究和发展有效的结构损伤识别及评估技术成为当今领域研究的重点之一。
结构损伤识别技术可以通过识别结构的物理变化来检测结构的损坏。
在实际应用中，通常采用结构振动反应来识别损伤，并将这些反应转换为结构参数，如固有频率、阻尼比等。
这种技术广泛应用于许多领域，如工程、交通和航空等。
传统的结构损伤识别方法存在一些缺点，如识别特征不足、识别精度低等问题。
近年来，无损检测和机器学习技术得到了广泛应用，提高了结构损伤识别的精度和可靠性。
目前，研究人员在结构损伤识别领域中主要采用以下技术：1.基于振动特征的损伤识别技术：该方法通过测量结构振动响应，识别受损结构的固有频率和阻尼比等特征，以评估结构的状态。
该技术适用于结构较小，且结构的剩余强度符合线性弹性理论的情况。
2. 基于声发射的损伤识别技术：该方法通过测量结构上的不规则噪声来检测结构的损坏。
当结构受到损坏时，将产生高频声波，该技术可以识别结构对象中的裂纹等损伤。
3. 基于图像处理的损伤识别技术：该方法通过检测结构表面的物理变化来研究结构的损坏。
图像处理技术可以促进结构的检查和评估，并检测各种与结构有关的问题，如建筑结构内部的腐蚀、裂纹、变形等。
4. 基于机器学习的损伤识别技术：该方法通过使用机器学习算法来分析和识别结构受损程度。
机器学习算法分析计算机生成的模型，了解结构在受损后的响应，并通过比较计算机生成和实际响应来确定结构的受损程度。
结构损坏评估是将损坏识别技术与评估方法相结合，以确定结构的状态和剩余寿命。
传统的结构损坏评估方法通常基于设定的标准和规范，如美国联邦航空局颁布的民航规范等。
这些标准通常与结构设计、材料、环境等因素有关。
基于小波空间技术的大跨空间钢结构损伤定位
ＡＢ Ｔ Ｓ ＲＡＣ Ｔｈ ｎ ｖｔｂ ｅｊ ｉｔｌ ｔｔ ｎ ｄ ｍ ａ ｅ ａ ｉｇ ｏ ｔｅ ｔｕ ｔ ｒｓ ａ ｄ ｍｏ ｅ ａ ｄ ｍｏ ｅ ｅ ｇｎ ｅｉｇ Ｔ ｅ ｉｅ ｉ ｌ ｏｎ ｉ ａ ｉ ， ａ ｇ ， ｇｎ ｆｓｅ ｌｓｒ ｃｕ ｅ ｎ ｒ ｎ ｒ ｎ ｉｅ ｒｎ ａ ｍｉ ｏ
钢结 构与 其他 结构 相 比具有 重量 轻 、 强度 高 、 塑 性 和韧性 好 、 于 机 械 化施 工 、 工周 期 短 、 境 污 便 施 环 染 小 等优 点 ， 以钢 结 构 广 泛 应 用 于 工业 和 民用 建 所
黄 国勇
（ 京 公 科 固桥 技 术有 限 公 司 北 京 １ ０ ８ 北 ０ ０ ８）
摘 要 钢 结 构 不 可 避 免 发 生 的缺 陷 、 伤 和 老 化 及 施 工 中产 生 的 工 程 事 故 都 要 求 对 损 伤进 行 定 位 、 量 的 检 测 。 损 定
小 波 空 间分 析 技 术 的 频 域 —— 空 间域 局 部 特 性 为 大跨 空 间钢 结 构 损 伤 定 位 提 供 了新 的 思 路 和 方 法 。在 环 境 荷 载
作 用 下 ， 支 穹 顶 结 构仿 真 模 型 试 验 结 果 证 实 了该 方 法 的 准 确 性 和 可 靠 性 ， 明 了该 方 法 的 简 易性 和 实 用性 。 弦 表
关 键 词 损 伤 检 测 大跨 钢 结 构 小 波 空 间 变换 弦 支 穹 顶
ＤＡ Ｍ ＡＧＥ ＴＥＳ ＤＥＴＥＣＴＩ ＳＩ ｏＮ ｏＦ ＬｏＮＧ ＳＰＡＮ ＰＡＴＩ Ｓ ＡＬ ＴＥＥＬ ＴＲ ＵＣＴＵＲＥＳ Ｓ Ｓ
ａ ｃｄ ｔ ｄｅ ｏｎ ｔ ｕ ｔｏｎ ａ ｌｎ ｅ ｔ ｃ ｉｇ ａｎ ａ ｏｓｎｇ ｔ ｔ ｕ ｔ ｅ ｃ ｉｅｎ ｓ ｕｎ ｒｃ ｓ ｒ ｃ ｉ ｌ ｅ ｄ ｄｅ ｅ ｔｎ ｄ ｄｉｇｎ ｉ ｈｅ ｓ ｒ ｃ ｕｒ ｈｅ ｌｈ ａ ｍ ａ ｔ ｔ ｓ Ｔｈｅ ｓ ｔａ ａ ｔ ｎｄ ｄａ ｇｅ ｓ ａ ｕ ． ｐａ ｉｌ ｗ ａ ｅｅ ｅ ｈｎｉ ｅ ｉ ａ ｈｅ ａ ｉａ ｏ ｈａ ｓ ａ ｓ ｔａｌｌ ａｌａ ｖａ ａ ｔｔ ｐａ ｉｌｆ ｅ ｖ ｌｔ ｔ ｃ ｑｕ ｓ ａ ｍ ｔ ｍ ｔｃ ｌｔ ｏｌｔ ｔｈａ ｐａ ｉ ｏｃ ｄ ｎｔｇｅ ａ ｈｅ ｓ ｔａ —ｒ ｑｕｅ ｃ ｒ ａ ｎ ａ ａｌｚｎｇ ｎ ｙａ ｅｓｉ ｎ ｙ ｉ
基于小波空间技术的大跨空间钢结构损伤定位
基于小波空间技术的大跨空间钢结构损伤定位薛 祥 李伟强杨雅平3(北京市勘察设计研究院 北京 100038)(北京工业大学建筑工程学院 北京 100022)黄国勇(北京公科固桥技术有限公司 北京 100088)摘 要 钢结构不可避免发生的缺陷、损伤和老化及施工中产生的工程事故都要求对损伤进行定位、定量的检测。
小波空间分析技术的频域———空间域局部特性为大跨空间钢结构损伤定位提供了新的思路和方法。
在环境荷载作用下,弦支穹顶结构仿真模型试验结果证实了该方法的准确性和可靠性,表明了该方法的简易性和实用性。
关键词 损伤检测 大跨钢结构 小波空间变换 弦支穹顶DAMAGE SITES DETECTIO N O F LONG SPAN SP ATIA L STEEL STRU C TURESBA SED O N SPATIA L WAVEL ET TEC HNIQUEX ue Xia ng Li Wei qia ng(Bei jing G eot echnical Inst it ut e Beiji ng 100038)Ya ng Y a ping(Facul ty of Archi t ect u ral Engineeri ng ,Beiji ng Univers i t y of Technology Beiji ng 100022)Hua ng G uoyong(Beiji ng Gongke Bri dge Technology Co.,Lt d. Beijing 100088)ABSTRA CT The inevita ble joint limitation ,damage ,a ging of steel str uctures a nd mor e and more e nginee ring accident s under constr uction all need detecting a nd diagn o sing the str ucture health and da mage status.The spa tial wavele t technique is a mat hematical tool that has a spa tial local advantage at the spatial 2f reque ncy area s in analyzing spatial dist ributing signal s.It is a new idea a nd method for long span steel structures damage detection.In the simula tio n study ,t he re sult s of the proposed method show tha t spatial wavelet a nalysis is capable to ext ract damage site s f ro m t he response signal of suspendome with a ssumed da mage at ambient dynamic loa ds in a robust a nd r elia ble way.At the sa me time ,it is a simple a nd p ractical way.KEY WO R DS da ma ge de tection long span spatial steel st ruct ure s s patial wavelet trans form suspendome3杨雅平为本文第二作者。
大跨度桥梁抗震设计中的结构损伤识别方法与实践案例分析
大跨度桥梁抗震设计中的结构损伤识别方法与实践案例分析引言：大跨度桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，承载着巨大的交通流量和重要的经济使命。
然而，地震对于大跨度桥梁的破坏具有巨大的风险和威胁，因此，如何准确识别桥梁结构在地震中的损伤程度，成为了抗震设计的重要环节和挑战。
本文将介绍大跨度桥梁抗震设计中的结构损伤识别方法与实践案例分析，旨在总结经验教训，提高大跨度桥梁抗震设计的准确性和可靠性。
一、结构损伤识别方法1.传统方法传统的结构损伤识别方法通常依靠人工观察和简化的结构性能参数分析。
人工观察主要依靠检查桥梁的表面破坏情况、裂缝的数量和宽度等来判断结构的损伤程度。
简化的结构性能参数分析则通过测量桥梁的振动响应，探测结构的固有频率和阻尼比等参数变化来判断结构的刚度和耗能性能是否发生了改变。
然而，这些方法都具有主观性和局限性，无法准确判断和定量表征结构的损伤程度。
2.基于传感器技术的方法近年来，随着传感器技术的发展与应用，基于传感器的结构损伤识别方法逐渐得到广泛应用。
通过部署传感器网络，实时监测桥梁结构的响应，并利用计算机辅助分析方法，可以准确识别结构在地震中的损伤情况。
例如，基于加速度传感器的结构振动响应分析、基于应变传感器的结构变形分析等。
这些方法不仅可以实时监测结构的状态，还可以提供准确的结构信息和预警，为桥梁的维修和加固提供重要指导。
二、实践案例分析1.某大跨度桥梁在地震中的损伤识别某大跨度桥梁在一次地震中发生了不同程度的损伤，为了准确地识别损伤情况，工程师采用了传感器技术进行结构监测。
通过加速度传感器和应变传感器的连续监测，得到了桥梁的振动响应和变形参数。
通过对这些数据的分析，工程师发现桥梁某些关键位置出现了明显的异常变化，包括柱子的应变增大和主梁的固有频率变化等。
进一步的结构分析表明，这些异常变化与桥梁的主要承载构件受损有关。
最终，综合考虑了结构参数和损伤特征，工程师成功识别了桥梁的结构损伤，为后续的维修和加固提供了重要依据。
空间结构地震损伤评价指标与等级划分
㊃科㊀研㊃钢结构(中英文),38(10),1-9(2023)DOI :10.13206/j.gjgS 23080402ISSN 2096-6865CN 10-1609/TF空间结构地震损伤评价指标与等级划分∗代传春1㊀丁㊀阳1,2(1.天津大学建筑工程学院,天津㊀300350;2.滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学),天津㊀300350)摘㊀要:大跨空间结构广泛应用于航站楼㊁高铁站和会展中心等大型公共建筑,这些建筑中人群密集,而且投资大,地震作用下不仅要保证其抗震安全性,还要考虑其可能的地震损伤程度和造成的经济损失,即进行性能化抗震设计㊂我国GB 50011 2010‘建筑抗震设计规范“中关于抗震性能化设计的基本原则主要基于混凝土结构确定,不适合大跨空间结构㊂因此,以单层球面网壳㊁单层柱面网壳和桁架三种工程常用的空间结构为例,采用有限元方法分析其地震响应特征和破坏模式,确定适合的地震损伤评价指标,划分其地震损伤等级,为大跨度空间结构性能化抗震设计提供支撑㊂根据JGJ 7 2010‘空间网格结构技术规程“,采用设计软件3D3S 设计了不同跨度㊁不同矢跨比的15个单层球面网壳结构㊁9个单层柱面网壳结构和16个管桁架结构;采用有限元软件ABAQUS 分别建立这些结构有限元模型,根据GB 50011 2010的规定,从太平洋地震工程研究中心地震动数据库中选取符合结构目标反应谱的34条地震动,对结构输入按照1ʒ0.85ʒ0.65进行三向调幅的地震动,分析结构在不同强度的不同地震动下的响应,总结结构的地震响应特征和破坏模式㊂结果表明:对于单层球面网壳结构,节点最大位移随地震动强度变化明显,塑性应变能可充分反映结构的损伤程度,因此采用节点最大位移和反映地震损伤程度的塑性应变能2个参数作为结构地震损伤评价指标,根据考虑两者不同权重的损伤指数提出了单层球面网壳结构地震损伤等级划分准则;对于单层柱面网壳结构,二次静力分析的结构变形与结构地震位移响应相似,说明震后结构在静力作用下的损伤是在其地震损伤上进一步发展的,因此采用地震作用前后结构的静力极限承载力作为结构地震损伤评价指标,根据考虑静力极限承载力变化的损伤指数提出了单层柱面网壳结构地震损伤等级划分准则;对于管桁架结构,主桁架跨中区域和支座附近杆件发生了较大塑性变形,结构刚度显著降低,采用塑性应变作为较大塑性变形杆件地震损伤评价指标并划分其损伤等级,根据不同损伤等级杆件所占比例提出了管桁架结构地震损伤等级划分准则㊂单层球面网壳结构和单层柱面网壳结构的最大位移与跨度之比均与损伤指数正相关,因此,也可根据最大位移与跨度比来划分结构的地震损伤等级,更简单快捷㊂关键词:空间结构;地震损伤;地震响应特征;损伤评价指标;损伤等级∗国家自然科学基金项目(52178497);国家重点研发计划课题(2018YFC1504304)㊂第一作者:代传春,男,1998年出生,硕士研究生㊂Email:daichuanchun558@ 收稿日期:2023-08-040㊀引㊀言大跨空间结构广泛应用于航站楼㊁高铁站和会展中心等大型公共建筑,这些建筑中人群密集,建设投资大,地震作用下不仅要保证其抗震安全性,还要考虑其可能的地震损伤程度和造成的经济损失,即进行性能化抗震设计㊂目前,我国大跨空间结构抗震设计多采用GB 50011 2010‘建筑抗震设计规范“(简称‘抗规“)中的三水准设防目标和两阶段设计方法,对大跨度空间结构地震作用下的研究也多集中于结构抗震验算㊁响应规律和失效模式等[1-4]㊂‘抗规“中关于抗震性能化设计的基本原则主要基于混凝土结构确定,不适合大跨空间结构㊂因此,以单层球面网壳㊁单层柱面网壳和桁架三种工程常用的空间结构为例,通过分析其地震响应特征和破坏模式,确定适合的地震损伤评价指标,划分其地震损伤等级,为大跨度空间结构的性能化抗震设计提供支撑㊂代传春,等/钢结构(中英文),38(10),1-9,20231㊀空间结构有限元模型根据JGJ7 2010‘空间网格结构技术规程“,采用设计软件3D3S设计了跨度分别为40,50,60,70,80m,矢跨比分别为1/3㊁1/5和1/7的15个单层球面网壳结构;跨度分别为15,20,25m,矢跨比分别为1/3㊁1/4和1/5的9个单层柱面网壳结构;跨度分别为48,60,72, 84m,矢跨比分别为1/3㊁1/4㊁1/5和1/6的16个桁架结构㊂结构承受的永久荷载为0.5kN/m2,可变荷载为0.5kN/m2,基本风压为0.45kN/m2㊂抗震设防烈度为7度,设计基本加速度为0.1g,设计地震分组为第二组,场地类别为Ⅱ类㊂钢材采用Q355㊂采用有限元软件ABAQUS建立结构有限元模型,如图1所示,模型中杆件采用梁单元模拟,一根杆件划分为多单元,每个单元截面有8个积分点,当n个积分点应力达到钢材屈服强度时记为n P㊂钢材采用理想弹塑性本构模型,弹性模量E=206GPa,屈服强度为355MPa,极限强度为470MPa,泊松比为0.3㊂采用Rayleigh阻尼,阻尼比取0.02㊂模型编号方法:K603表示单层球面网壳结构,跨度为60m,矢跨比为1/3;Z20203表示单层柱面网壳结构,跨度为20m,长宽比为2.0,矢跨比为1/3;G60306表示桁架结构,跨度为60m,长宽比为3.0,矢跨比为1/6㊂按照‘抗规“要求,选择34条地震动记录进行㊀㊀a 单层球面网壳;b 单层柱面网壳;c 桁架㊂图1㊀三种结构有限元模型Fig.1㊀The finite element models of three kinds of structures模型地震响应分析,RSN为太平洋地震工程研究中心(PEER)地震动数据库中地震动的编号㊂2㊀单层球面网壳结构地震响应特征与损伤等级划分2.1㊀单层球面网壳结构地震响应特征和破坏模式分析不同强度㊁不同地震动作用下不同设计参数的单层球面网壳结构的地震响应,结果表明,其地震响应特征基本相同㊂以K603模型为例,不同地震动作用下结构最大位移和不同塑性程度杆件比例曲线如图2所示,可见曲线变化趋势基本一致㊂由㊀㊀a 最大位移;b RSN434下塑性杆件比例;c RSN2120下塑性杆件比例;d RSN5119下塑性杆件比例㊂图2㊀不同强度㊁不同地震动下K603模型位移与塑性杆件比例Fig.2㊀The proportion of K603model displacement and plastic member under ground motions with different intensity空间结构地震损伤评价指标与等级划分图2可见:在RSN434地震动作用下,加速度幅值为0.2g 时,最大位移几乎没有变化,1P 杆件比例为0,结构处于弹性状态;加速度幅值大于0.2g 后,最大位移呈线性增长,少量杆件进入塑性,1P㊁5P㊁8P 杆件比例分别为4.3%㊁2.7%㊁1.8%;加速度幅值大于0.5g 后,最大位移跳跃明显,塑性杆件比例增大,1P㊁5P㊁8P 杆件比例分别为16.9%㊁11.1%㊁7.1%;加速度幅值在0.5g ~0.8g 之间时,最大位移已不再呈线性增长,达到514mm,塑性杆件比例进一步增大,结构刚度退化明显;加速度幅值继续增大,杆件塑性区域逐渐扩大,当幅值为0.9g 时,1P㊁5P㊁8P 杆件比例分别为72.5%㊁47.5%㊁26.8%,最大位移达到598mm,接近单层球面网壳结构倒塌破坏时最大位移与跨度比f max /L 的限值1/100[5],结构发生倒塌破坏㊂结构总应变能E y 为弹性应变能E e 和塑性应变能E p 之和㊂地震作用下不同时刻网壳结构两种应变能所占比例不同,如幅值0.3g 的Taft 波作用下K503模型应变能曲线及其所占比例如图3所示㊂可见:在0~7.2s 之间,结构处于弹性状态,塑性应变能为0;在7.2s 之后,部分杆件进入塑性状态,开始出现塑性应变能;在12s 之后,塑性应变能所占比例达到96.1%,总应变能曲线与塑性应变能曲线相近㊂a 应变能;b 应变能所占比例㊂图3㊀Taft 波作用下K503模型应变能及所占比例Fig.3㊀Strain energy and proportion of K503model under Taft wave2.2㊀单层球面网壳结构地震损伤评价指标及等级划分如果采用杆件塑性应变能单一响应指标作为判断单层球面网壳结构地震损伤程度时,只能反映结构的累积损伤情况,但是对于结构损伤过程中的位移变化㊁刚度退化等不能充分体现,因此应将位移响应与塑性应变能作为评估结构损伤的两大重要指标㊂基于Park-Ang 损伤模型[6],同时考虑位移与塑性应变能的影响,结构地震损伤指数D K 计算如下:D K =δm δu+ʏd E pf y δu(1)式中:δm 为最大位移响应;δu 为静力下的极限位移;f y 为钢材屈服强度;E p 为累积塑性应变能㊂式(1)中位移与塑性应变能所占权重相同,其在钢筋混凝土结构中应用比较广泛[7-8],对于动力特性和地震响应复杂的空间结构,结构损伤受位移和塑性应变能的影响程度可能有所不同,因此对式(1)进行修正如下:D K =(2-β)δm δu+βʏd E pf y δu(2)式中:β为组合权重系数㊂根据抗震设计性能水准划分的研究成果,损伤指数D K >2.0时认为结构倒塌破坏,地震作用下网壳结构倒塌破坏的临界值是节点最大位移与跨度的比值,为1/100[5],当D K =2.0时,由式(2)可得:β=2f y (δu -δm )ʏd Ep-f y δm(3)㊀㊀对有限元模型地震响应进行统计,β值的分布如图4所示:均值为1.251,标准差为0.070,方差为0.005㊂图4㊀权重系数β值分布Fig.4㊀Weighting factor βdistribution chart代传春,等/钢结构(中英文),38(10),1-9,2023因此,单层球面网壳结构地震损伤指数表达式如下:D K=0.75δmδu +1.25ʏd E p f yδu(4)㊀㊀一般而言,将建筑地震损伤程度划分为若干等级,各个损伤等级之间的界限即为性能水准㊂GB/T 24335 2009‘建筑地震破坏等级划分标准“和CECS160 2004‘建筑工程抗震性态设计通则(试用)“将地震作用下建筑破坏等级分为基本完好㊁轻微破坏㊁中等破坏㊁严重破坏和倒塌五个等级㊂文献[9]给出了网壳结构损伤等级和判别准则,如表1所示㊂表1㊀网壳结构损伤等级划分Table1㊀Seismic damage classificationguidelines for spherical latticed shell损伤等级描述判别准则基本完好杆件完好;非结构构件发生轻微破坏没有1P杆件出现轻微破坏个别杆件进入塑性状态,但塑性发展不深;非结构构件有不同程度破坏开始出现8P杆件中等破坏杆件发生不同程度破坏,且以轻微和中等破坏为主,其中多数杆件轻微破坏,部分或多数中等破坏;非结构构件有明显破坏1P杆件增加速度变快,5P和8P杆件继续增多严重破坏杆件塑性发展严重,结构整体刚度急速减弱,多数杆件严重破坏或多数断裂,结构位移增加速度加快出现大量5P和8P 杆件,部分杆件失效,结构刚度退化严重倒塌多数杆件断裂,结构整体发生倒塌大部分杆件失效㊀㊀所有球面网壳模型结构的D K值分布如图5所示,取D K=0.1作为基本完好和轻微破坏的分界值,取D K=0.5作为轻微破坏与中等破坏的分界值,可以保证大部分模型结构损伤程度较轻,且符合网壳结构轻微破坏的量化准则;取D K=1.5作为中㊀㊀等破坏与严重破坏分界值,可以保证模型结构达到中等破坏的量化准则;认为损伤指数D Kȡ2.0时结构倒塌㊂图5㊀球面网壳D K值分布Fig.5㊀D K values distribution of spherical latticed shell球面网壳结构在倒塌破坏时的最大位移与跨度比f max/L和损伤指数D K的关系如图6所示㊂可见:f max/L与D K基本呈正相关㊂从f max/L和D K两个指标分别划分结构地震损伤等级,结论基本相同㊂图6㊀球面网壳f max/L与D K的关系Fig.6㊀Relationship between f max/L and D K of spherical latticed shell 综上,单层球面网壳结构地震损伤等级划分准则如表2所示㊂表2㊀单层球面网壳结构地震损伤等级划分准则Table2㊀Seismic damage level classification for single-layer spherical latticed shell损伤等级描述判别准则损伤指数D K f max/L 基本完好杆件处于弹性状态,结构无损伤,位移不大,震后不需要修复未出现1P杆件[0,0.1)[0,1/1000)轻微破坏少量杆件进入塑性状态,结构轻微损伤,位移不大,震后简单修复即可使用出现部分1P杆件㊁少量5P和8P杆件[0.1,0.5)[1/1000,1/400)中等破坏部分杆件进入塑性状态,结构出现一定程度的损伤,位移较大,震后需进行适当修复1P杆件增加速度变快,5P和8P杆件继续增多[0.5,1.5)[1/400,1/150)严重破坏大多数杆件进入塑性状态,结构较严重损伤,位移大,震后需进行大量修复出现大量5P和8P杆件,结构刚度退化严重[1.5,2.0)[1/150,1/100)倒塌杆件断裂,结构失去承载能力而发生倒塌破坏结构失效破坏ȡ2.0ȡ1/100空间结构地震损伤评价指标与等级划分3㊀单层柱面网壳结构地震响应特征与损伤等级划分3.1㊀单层柱面网壳结构地震响应特征和破坏模式分析不同强度㊁不同地震动作用下不同设计参数的单层柱面网壳结构的地震响应,结果表明,其地震响应特征基本相同㊂以Z20205模型为例,不同地震动作用下结构最大位移㊁不同塑性程度杆件比例曲线如图7所示,可见曲线变化趋势基本一致㊂由图7b 可见:在加速度幅值0.2g的Taft波作用下,最大位移为55mm,1P杆件比例为0,结构处于弹性状态;当加速度幅值为0.6g时,最大位移为104mm,少量杆件进入塑性状态,1P㊁5P㊁8P杆件比例分别为12.8%㊁7.7%㊁1.1%;当加速度幅值为1.0g时,最大位移跳跃明显,塑性杆件比例进一步增大,1P㊁5P㊁8P杆件比例分别为33.8%㊁21.3%㊁10.9%;当加速度幅值在1.0g~1.2g之间时,最大位移达到501mm,塑性杆件比例进一步增大,结构刚度严重退化,但结构仍能继续承载;当加速度幅值为1.4g时,1P㊁5P㊁8P杆件比例分别为60.1%㊁50.6%㊁30.9%,最大位移达到669mm,跨度1/4区域附近结构出现凹陷,柱壳倒塌㊂a 最大位移;b Taft波下塑性杆件比例;c El Centro波下塑性杆件比例;d RSN1550下塑性杆件比例㊂图7㊀不同强度不同地震动下Z20205模型位移与塑性杆件比例Fig.7㊀The proportion of Z20205model displacement and plastic member under ground motions with different intensity㊀㊀Taft波作用下结构位移响应与震后二次静力分析的结构变形如图8㊁9所示㊂可见:二次静力分析的结构变形与结构地震位移响应相似,基本上呈跨度方向的反对称变形,说明震后结构在静力作用下的损伤是在其地震损伤上进一步发展的㊂3.2㊀单层柱面网壳结构地震损伤评价指标及等级划分地震作用后的结构静力极限承载力与其杆件进入塑性程度相关,为此从单层柱面网壳地震作用前后的静力极限承载力退化角度评估其地震损伤㊂单层柱面网壳结构地震损伤指数D Z计算a 0.4g;b 1.4g㊂图8㊀不同强度Taft波后结构位移响应Fig.8㊀Displacement of structures after different strengths Taft wave如下[10]:D Z=1-P2-P0P1-P0(5)式中:P1㊁P2分别为地震作用前㊁后的结构静力极限代传春,等/钢结构(中英文),38(10),1-9,2023a 0.4g ;b 1.4g ㊂图9㊀不同强度Taft 波后结构静力分析变形Fig.9㊀Deformation of structures in secondary static analysisafter different strength Taft wave承载力;P 0为杆件自重和动力分析时节点质量转化的附加荷载㊂所有柱面网壳模型结构的损伤指数D Z 值分布如图10所示,取D Z =0.15作为轻微破坏与中等破坏的分界值,可以保证大部分模型结构损伤程度较轻,且符合网壳结构轻微破坏的量化准则;取D Z =0.65作为中等破坏与严重破坏的分界值,可以保证模型结构达到中等破坏的量化准则;认为D Z =1.0时结构倒塌㊂图10㊀柱面网壳D Z 值分布Fig.10㊀D Z values distribution of cylindrical latticed shell柱面网壳结构在倒塌破坏时的最大位移与跨度比f max /B 和D Z 的关系如图11所示㊂可见:f max /B 和D Z 基本呈正相关㊂从f max /B 和D Z 两个指标分别划分结构地震损伤等级,结论基本相同㊂图11㊀柱面网壳f max /B 与D Z 的关系Fig.11㊀Relationship between f max /B and D Z of cylindrical latticed shell综上,单层柱面网壳结构地震损伤等级划分准则如表3所示,其损伤描述和判别准则同表2㊂表3㊀单层柱面网壳结构地震损伤等级划分准则Table 3㊀Seismic damage level classification forsingle-layer cylindrical latticed shell损伤等级损伤指数D Z f max /B基本完好0[0,1/1000)轻微破坏[0,0.15)[1/1000,1/400)中等破坏[0.15,0.65)[1/400,1/150)严重破坏[0.65,1.0)[1/150,1/40)倒塌1.0ȡ1/404㊀桁架结构地震响应特征与损伤等级划分4.1㊀桁架结构地震响应特征和破坏模式分析不同强度㊁不同地震动作用下不同设计参数的桁架结构的地震响应㊂结果表明,其地震响应特征基本相同㊂以G60306模型为例,不同地震动作用下最大位移如图12所示㊂可见:地震动加速度峰值在(0.1~0.4)g 之间变化时,最大位移近似线性增长;幅值为0.8g 的Taft 波㊁El Centro 波㊁RSN1001和RSN741地震动作用下最大位移分别为450,512,629,588mm,与结构跨度之比分别为1/133㊁1/117㊁1/95和1/102,结构已发生较大变形,但未发生倒塌破坏㊂图12㊀桁架结构G60306的最大位移-加速度幅值曲线Fig.12㊀Maximum displacement-acceleration amplitudecurve of trusses structure G60306不同强度地震动作用下,主桁架均是跨中区域和支座附近上㊁下弦杆件应力较大,支座腹杆应力最大㊂幅值分别为0.2g ㊁0.8g 的RSN1001和RSN741地震动下G60306模型的塑性应变云图如图13㊁14所示㊂可知:进入塑性状态杆件主要为主桁架跨中区域上㊁下弦杆,支座附近腹杆;随着加速度幅值增大,杆件塑性进一步发展,主桁架跨中区域和支座附近更多杆件进入塑性;塑性区域从结构中部向端部扩展,端部主桁架跨中区域上弦杆件也进入塑性状态㊂空间结构地震损伤评价指标与等级划分a RSN1001;b RSN741㊂图13㊀0.2g地震动下结构塑性应变云图Fig.13㊀Plastic strain cloud under0.2g groundmotiona RSN1001;b RSN741㊂图14㊀0.8g地震动下结构塑性应变云图Fig.14㊀Plastic strain cloud under0.8g ground motion杆件最大塑性应变曲线如图15所示㊂表明,随着加速度幅值增大,最大塑性应变增大,其增速也趋于增大㊂4.2㊀桁架结构地震损伤评价指标及等级划分桁架结构的地震破坏主要由主桁架跨中区域上㊁下弦杆和支座附近腹杆等少数杆件进入塑性状态引起㊂定义结构中这些应力较大㊁塑性发展程度较深的杆件为关键杆件㊂以G60306模型一榀主桁图15㊀最大塑性应变-加速度幅值曲线Fig.15㊀Maximum plastic strain-acceleration amplitude curve架为例,其关键杆件位置及编号如图16所示㊂图16㊀G60306模型主桁架关键杆件位置及编号示意Fig.16㊀Schematic diagram of the location and numbering ofthe key bars of the main truss G60306杆件塑性应变εp大小代表杆件损伤程度,因此可将塑性应变作为关键杆件地震损伤评价指标㊂Q355钢材的屈服应变为0.0017,极限强度对应的塑性应变为0.073㊂参考GB/T38591 2020‘建筑抗震韧性评价标准“中杆件损伤等级判别准则,建议桁架结构杆件损伤等级划分如表4所示㊂表4㊀桁架结构杆件地震损伤等级划分Table4㊀Seismic damage classification of truss rods损伤等级描述判别准则0级不发生损伤εp=01级仅发生影响外观的轻微损伤0<εpɤ0.03652级经简单修补后可恢复原有功能的一般损伤0.0365<εpɤ0.0730 3级经一般修复手段后可恢复原有功能的较严重损伤0.0730<εpɤ0.24级影响构件承载能力㊁需要进行替换的严重损伤εp>0.2㊀㊀采用不同地震损伤等级关键杆件所占比例评估结构的地震损伤㊂参考‘抗规“,桁架结构地震损伤等级划分准则如表5所示,表中P0㊁P1㊁P2㊁P3和P4分别表示发生0级㊁1级㊁2级㊁3级和4级损伤关键杆件所占比例,表中个别指5%以下,部分指30%以下,多数指50%以上[5]㊂5㊀结㊀论1)对于单层球面网壳结构,采用结构最大位移和反映地震损伤程度的塑性应变能2个参数作为结构地震损伤评价指标,根据考虑两者不同权重的损代传春,等/钢结构(中英文),38(10),1-9,2023㊀㊀表5㊀桁架结构地震损伤等级划分准则Table 5㊀Seismic damage classification criteria fortruss structure损伤等级描述判别准则基本完好关键杆件完好P 0=100%P 1+P 2+P 3+P 4=0轻微破坏个别关键杆件损伤95%<P 0ɤ100%,0<P 1+P 2+P 3+P 4ɤ5%中等破坏关键杆件不同程度损伤,且数量以轻微和中等损伤为主,其中多数关键杆件轻微损伤,部分或多数中等损伤除完好㊁轻微破坏㊁严重破坏和倒塌以外的情况严重破坏大多数关键杆件严重损伤或多数断裂50%<P 3ɤ100%,或30%<P 4ɤ50%,或50%<P 3+P 4ɤ100%倒塌大多数关键杆件断裂50%<P 4ɤ100%伤指数D K 划分结构地震损伤等级;最大位移与跨度比f max /L 与损伤指数D K 正相关,也可根据f max /L 划分结构进行地震损伤等级,更简单方便㊂2)对于单层柱面网壳结构,采用地震作用前后结构的静力极限承载力变化作为其地震损伤评价指标,根据承载力变化计算的损伤指数D Z 划分结构地震损伤等级;最大位移与跨度比f max /B 与损伤指数D Z 正相关,也可根据f max /B 划分结构地震损伤等级,更简单方便㊂3)对于桁架结构,结构地震破坏主要由主桁架跨中区域上㊁下弦杆和支座附近腹杆等少数关键杆件进入塑性状态引起,因此可基于关键杆件确定结构损伤㊁根据塑性应变范围划分其地震损伤等级,再根据不同地震损伤等级关键杆件所占比例划分桁架结构的地震损伤等级㊂参考文献[1]㊀Nie G B ,Zhang C X ,Zhi X D.Damage quantification ,damagelimit state criteria and vulnerability analysis for single-layer retic-ulated shell [J ].Thin-Walled Structures ,2017,120:378-385.[2]㊀丁阳,刘碧文,葛金刚.地震作用下单层柱面网壳倒塌机理分析与试验研究[J ].地震工程与工程振动,2013,33(2):68-73.[3]㊀Yu Z ,Lu C ,Ma H ,et al.Probabilistic seismic vulnerability assess-ment of aluminium alloy reticulated shells with consideration of un-certainty [J ].Engineering Structures ,2019,195:288-298.[4]㊀Zhi X D ,Fan F ,Shen S Z.Failure mechanism of single-layercylindrical reticulated shells under earthquake motion [J ].Inter-national Journal of Structural Stability &Dynamics ,2012,12(2):233-249.[5]㊀杜文风,高博青,董石麟.单层网壳结构的动力破坏指数研究[J ].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2009,41(2):154-160,206.[6]㊀Park Y J ,Ang A S H.Mechanistic seismic damage model for re-inforced concrete [J ].Journal of Structural Engineering ,1985,111(4);722-739.[7]㊀付国,刘伯权,邢国华.基于有效耗能的改进Park-Ang 双参数损伤模型及其计算研究[J ].工程力学,2013,30(7):84-90.[8]㊀王皓冬,芮佳,李元勋,等.基于Park-Ang 的结构整体损伤模型研究[J ].青海大学学报,2022,40(2):55-62.[9]㊀Zhi X D ,Nie G B ,Fan F ,et al.Vulnerability and risk assess-ment of single-layer reticulated domes subjected to earthquakes [J ].Journal of Structural Engineering ,2012,138(12):1505-1514.[10]Yang D B ,Zhang Y G ,Wu J Z ,et al.Damage assessment ofsingle-layer cylindrical latticed shells based on degradation ofstatic stability capacity [J ].Advances in Structures ,2011,163:227-232.Seismic Damage Evaluation Indexes and Classification Criteria of Spatial StructuresChuanchun Dai 1㊀Yang Ding 1,2(1.School of Civil Engineering ,Tianjin University ,Tianjin 300350,China ;2.Key Laboratory of Coast Civil Structures Safety of Ministry of Education (Tianjin University ),Tianjin 300350,China )Abstract :Large-span space structures are widely used in large public buildings such as terminal buildings,high-speed railway stations andexhibition centers,which have intensive population and enormous investment.It is necessary not only to ensure their seismic safetyunder earthquakes,but also to consider their potential seismic damage and economic losses,that is,to carry out performance-based seismic design.The basic principles of seismic performance design in Chinaᶄs Code for Seismic Design of Buildings (GB 50011-2010)are mainly based on concrete structures and not suitable for large-span space structures.Therefore,in this paper,taking single-layer spherical reticulated shells,single-layer cylindrical reticulated shells and trusses as examples,the finite element method is used toanalyze their seismic response characteristics and failure modes,determine suitable seismic damage evaluation indexes,classify their seismic damage levels,and provide support for performance-based seismic design of large-span space structures.According to the空间结构地震损伤评价指标与等级划分Technical Specification of Space Frame Structures(JGJ7-2010),15single-layer spherical reticulated shells,9single-layer cylindrical reticulated shells and16tubular trusses with different spans and rise-to-span ratios were designed by using the design software3D3S. The finite element software ABAQUS was used to establish the finite element models of these structures.According to the Code for Seismic Design of Buildings,34ground motions conforming to the target response spectra of structures were selected from the ground motion database of Pacific Earthquake Engineering Research Center,and the ground motions were three-directionally scaled in a1ʒ0.85ʒ0.65ratio.The responses of the structures under different ground motions with different intensities are analyzed,and the seismic response characteristics and failure modes of the structures are summarized.The results show that for single-layer spherical reticulated shells,the maximum displacement of nodes changes significantly with the seismic intensity,and the plastic strain energy can fully reflect the damage levels of the structure.Therefore,two parameters,the maximum displacement of nodes and the plastic strain energy reflecting the earthquake damage degree,are used as the seismic damage evaluation indexes of the structure,based on which the damage index is formed using different weights,and the seismic damage classification criteria are proposed for single-layer spherical reticulated shell structures according to the damage index.For single-layer cylindrical reticulated shells,the structural deformations of the structures in the secondary static analysis are similar to the seismic displacement responses,indicating that the damage of the structure under static loads is the further development on the basis of the seismic damage.Therefore,the static ultimate bearing capacities of the structure before and after earthquakes are used as the evaluation indexes of structural seismic damage.Based on the damage index considering the change of the static ultimate bearing capacity,the classification criteria of seismic damage for single-layer cylindrical reticulated shells are proposed.For the tubular trusses,large plastic deformations occur in the mid-span and near-support areas of the main truss,and the structural stiffness is significantly reduced.The plastic strain is used as the seismic damage evaluation index of the rods with large plastic deformation,and the damage levels of the rods are classified.According to the proportions of the rods with different damage levels,the seismic damage classification criteria for the tubular trusses is proposed.For both the single-layer spherical reticulated shell and single-layer cylindrical reticulated shell,the ratios of the maximum displacement to span are positively correlated with the damage indexes.Therefore,the seismic damage levels of these two types of structures can be classified according to the ratio of the maximum displacement to span,which is simpler and faster. Key words:spatial structure;seismic damage;seismic response characteristics;damage evaluation index;damage level。
钢网架挠度测量入门教程（二）（含详细检测步骤与图解）
钢⽹架挠度测量⼊门教程（⼆）（含详细检测步骤与图解）钢结构变形检测作业指导书——钢⽹架挠度测量⼊门教程（⼆）第⼆部分⽹架挠度测量现场检测（上）1 接受委托与检测⽅案编制（步骤1）⽹架挠度测量的现场检测⼯作程序及步骤，可依据《GB/T 50344-2004 建筑结构检测技术标准》第3.2条规定，步骤流程为：接受委托、现场调查、制定检测⽅案、现场检测、计算分析和结果评价、出具检测报告。
在接受委托单位的检测委托后，应进⾏现场和有关资料的调查，收集被测⽹架结构的设计图纸，设计要求等资料，制定检测⽅案。
检测⽅案的编制内容，按《JGJ 8-2016 建筑变形测量规范》第3.3.2条技术设计规定，明确以下检测内容：1）⽹架挠度测量的任务要求。
2）待测⽹架的概况，包括建筑及其结构类型、岩⼠⼯程条件、建筑规模、所在位置、所处⼯程阶段等。
3）已有变形测量成果资料及其分析。
4）依据的技术标准名称及编号。
5）变形测量的精度和等级。
6）采⽤的平⾯坐标系统、⾼程基准。
7）基准点、⼯作基点和监测点布设⽅案，包括标⽯与标志 型式、埋设⽅式、点位分布及数量等。
8）观测频率及观测周期。
9）变形预警值及预警⽅式。
10）仪器设备及其校验要求。
11）观测作业及数据处理⽅法要求。
12）提交成果的内容、形式和时间要求。
13）成果质量检验⽅式。
14） 相关附图、附表等。
⽹架挠度测量检测⽅案的编制⽅法，将在以下讲解挠度测量的检测过程后，放在本教程最后进⾏说明，这样才⽐较好理解。
2 变形测量精度等级的确定（步骤2）为什么要确定测量精度等级？2.1 为什么要确定测量精度等级由于测量精度直接影响到观测成果的可靠性，因此⼯程测量都需要先确定合适的观测精度等级。
只有确定了测量精度等级，才能确定使⽤什么样的观测⽅法、仪器设备和投⼊费⽤等。
建筑物变形观测的精度要求，取决于变形的⼤⼩和观测⽬的，精度过⾼使测量⼯作复杂，费⽤和时间增加，⽽精度定的太低⼜会增加变形分析的困难，使所估计的变形参数误差⼤，甚⾄会得出不正确的结论。
空间网架结构损伤诊断及其健康监测若干问题研究的开题报告
空间网架结构损伤诊断及其健康监测若干问题研究的开题报告一、选题背景空间网架结构是一种新型的空间结构体系，具有结构轻、刚度高、自由度大等优势，被广泛应用于卫星结构、空间站以及航天载具等领域。
然而，由于长期在太空环境中运行，所以受到空间辐射、氧气、气温等各种环境因素的影响，容易导致结构损伤或断裂。
因此，对空间网架结构的损伤诊断及健康监测是极为必要的。
二、研究目的本研究旨在探讨基于传感技术的空间网架结构损伤诊断及健康监测方法，具体包括以下几个方面：1. 确定空间网架结构的损伤类型及程度；2. 开发基于传感技术的空间网架结构健康监测系统；3. 基于数据分析与处理技术，建立空间网架结构健康监测模型；4. 分析空间网架结构损伤与结构性能之间的关系。
三、研究内容本文的研究内容主要包括以下几个方面：1. 对已有的空间网架结构损伤诊断及健康监测技术进行深入研究，总结其优缺点；2. 设计合理的传感系统，并将传感器获取的数据进行处理，得到需要的数据；3. 分析空间网架结构的损伤类型及程度；4. 基于数据分析与处理技术，建立空间网架结构健康监测模型；5. 分析空间网架结构损伤与结构性能之间的关系，并提出相应的措施和建议。
四、研究方法本研究将采用多种研究方法，包括调研、实验研究、模型分析等，具体如下：1. 调研：通过文献调研、数据收集等方式获取相关资料，综合分析现有空间网架结构损伤诊断及健康监测技术的优缺点，为本研究提供基础支撑；2. 实验研究：通过建立实验样本，使用传感器进行监测，分析空间网架结构的损伤类型及程度，建立健康监测模型；3. 模型分析：利用理论方法和数据处理技术，对建立的健康监测模型进行分析，得出推断和结论。
五、预期成果本研究将通过对空间网架结构损伤诊断及健康监测方法的探讨，提出更加实用和有效的解决方案，为空间网架结构的安全运行提供有力的技术支持。
具体预期成果如下：1. 空间网架结构损伤诊断及健康监测方法的研究报告；2. 基于传感技术的空间网架结构健康监测系统；3. 建立空间网架结构健康监测模型，并对其进行分析；4. 分析空间网架结构损伤与结构性能之间的关系，并提出相应的措施和建议。
结构设计知识：大跨度网格壳结构的设计与分析
结构设计知识：大跨度网格壳结构的设计与分析大跨度网格壳结构是一种高效、轻便、美观的结构，具有广泛的应用前景，特别是在体育场馆、展览馆、机场等大型建筑中的应用，已成为建筑结构设计领域的热门话题。
本文主要介绍大跨度网格壳结构的设计与分析方法。
一、大跨度网格壳结构的概念与分类大跨度网格壳结构是一种由多个展开的曲面构成的壳体结构。
它具有单一连续表面、连续的空间性质和高可靠性等特点，适用于大跨度建筑的设计。
根据壳体曲面的形状和数量，大跨度网格壳结构可分为单曲面网格壳、双曲面网格壳、多曲面网格壳等类型。
二、大跨度网格壳结构的设计方法1.初步设计首先需要确定网格壳结构的形式，以及需要考虑的各种因素，如安全性、稳定性、成本、使用功能等。
然后，通过计算确定壳体的形状和尺寸。
最后，进行技术评估，对设计进行逐步优化。
2.结构分析分析网格壳的受力状态和分布规律，确定静载荷、众载荷和动载荷等各种荷载因素。
使用有限元分析等方法计算建筑的受力状态，确定主要受力构件和节点的尺寸，从而为壳体结构的承载能力提供可靠的基础。
依据分析结果，调整材料的选择和尺寸，使结构达到较好的经济性、安全性和实用性。
3.细部设计依据建筑的实际情况，对网格壳结构进行细致的设计。
包括节点连接、膜杆（索杆）布置、附加结构设备等设计。
此步骤需要详细考虑壳体的抗风性能和导向性能，同时还需要进行材料配合的确定，以确保结构的可靠性和使用寿命。
三、大跨度网格壳结构的特点和应用1.轻质化网格壳结构具有轻质化和强度高的特点。
由于其采用了优质的钢材和膜织物等材料，使得其自重较轻，减小了结构在外部荷载下的受力情况，同时还具有较好的抗震性能，易于维护，适合用于大型体育场馆、车站等建筑中。
2.美观性大跨度网格壳结构的外观设计美观、流畅，得到了广泛的应用。
其构造简单、线条流畅，给人以美妙的美学体验，同时还融合了美学、人文、历史等诸多元素，展现了建筑文化的魅力。
3.适应性大跨度网格壳结构具有相当好的适应性，并可根据工作场地、使用条件和用户需求进行调整。
谈大跨度结构的损伤识别
山西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
Vol． 38 No． 22
Aug． 2012 ·45·
文章编号：1009-6825（2012）22-0045-03
谈 大 跨 度 结 构 的 损 伤 识 别★
徐 澄 徐士代
（ 安徽工业大学建筑工程系，安徽 马鞍山 243000）
2 大型结构的损伤识别理论的进展
在模态识别上，大 型 工 程 结 构 与 传 统 的 机 械 类 结 构相 比，复 杂程度高的关键原因是难以实现输入信号的可控可测性，即只能 依靠输出信号（ 响应） 来进行识别，是一个黑箱或者灰箱（ 对于已 知结构物理参数及约束系统） 识别模式。如环境激励法（ NexT） 的 理论架构，两个测量响应点之间的互相关函数和脉冲响应函数有 相似的数学表达式。从而在求得两个响应点之间的互相关函数 后，可以运用时域中的模态参数识别方法。系统的振动方程为：
摘 要：综述了常用的几种动力特性损伤识别的方法，并对大跨度结构的损伤识别的研究新进展作了简要的阐述，在此基础之上，
对行业界大型工程结构模态参数识别研究进行了展望，并提出指导性建议。
关键词：大跨结构，损伤识别，动力特性
中图分类号：TU393． 3
文献标识码：A
0 引言
大跨工程结构，经 过 长 时 间 的 动 静 荷 载 的 冲 击，其 内 外 部 必 然产生一定的破坏，而对于高柔度的部分桥梁等大型结构本身而 言，这些损伤很可 能 引 起 较 大 的 工 程 事 故，因 此 必 须 进 行 准 确 的 健康检测，尤其对 于 交 通 量 多，荷 载 承 受 大 的 桥 梁 更 应 当 及 时 的 判别它的使用情况和损伤程度。
大跨网架结构损伤识别技术的研究与应用前景
大跨网架结构损伤识别技术的研究与应用前景摘要：本文通过固有频率和曲率模态相结合的方式对大跨度网架进行损伤识别研究，从而建立起空间网架结构损伤识别的研究方法，为在役建筑提供一种安全预警机制。
通过大型有限元软件SAP2000建立网架模型，以正规化频率变化率为损伤指标，通过固有频率的变化来判断大跨网架是否存在损伤，然后对发生局部损伤的位置通过曲率模态损伤识别技术进行精确地损伤定位。
通过对数据的处理分析发现，固有频率可以检测大跨度网架是否发生损伤，但损伤位置的检测效果不太显著，而通过曲率模态差则可以比较精确地确定损伤的位置。
关键词：大跨网架结构；损伤识别；固有频率；曲率模态；中图号：TU330 引言20世纪70年代以后，我国的经济实力得到了突飞猛进的发展，建筑业也面临着前所未有的重大机遇，大型的复杂结构也逐渐进入人们的日常生活中。
在建筑行业中，钢结构因其众多突出的特点，被广泛应用在工业建筑及重大生命线工程，例如大型体育场馆，北京T3航站等。
近些年来国家对钢结构的发展也出台了许多重要的政策，比如规定钢结构建筑从2012年占总数的6%增长至2020年占总建筑面积的20%等。
因此，钢结构不仅具有重要的实用价值，而且因具有明显的空间力学特征。
1 基于固有频率和曲率模态的损伤识别方法如果结构发生损伤，则其结构的固有频率就会发生变化，所以可以将结构的固有频率看成是刚度和质量的一种函数。
Cawley、Adams等人通过损伤前后结构的频率变化信息来判断结构的损伤位置。
Salawu对固有频率的检测方法进行评估，并且指出结构是否发生损伤与固有频率存在着一定的联系。
固有频率对损伤的识别具有很多优点，比如测量误差小，方法简单等。
但仅仅基于固有频率的变化对结构进行损伤检测往往达不到最终的要求，因此对结构进行损伤检测时，还要和其他的检测方法结合。
通过近几年的研究发现，模态振型则包含更多的损伤信息，对结构的损伤定位也更加准确。
模态振型指标有很多，比如MAC、COMAC、曲率模态振型等等。
内爆炸下大跨球面网壳结构的损伤评估和防爆方法
内爆炸下大跨球面网壳结构的损伤评估和防爆方法大跨网壳结构因其造型优美、受力性能好等特点,广泛运用于体育场馆、火车站等大型公共建筑中,此类建筑人流量大,且往往是城市地标性建筑,一旦发生恐怖爆炸袭击或者爆炸事故将会产生恶劣的社会影响。
因此,针对此类建筑的抗爆防爆研究显得十分重要。
本文以球面网壳结构为对象,采用数值模拟与试验相结合的方法,对球面网壳结构的爆炸效应、损伤评估和防爆抗爆方法进行研究,主要内容包括:(1)依据相关缩尺理论,开展了球面网壳结构内爆炸试验研究,分析了炸点高度变化对球面网壳结构内表面超压和网壳杆件应力的影响,并进行了数值仿真结果与试验结果的验证。
结果表明:随着炸点高度的增加,结构内表面超压与网壳杆件应力均增大;数值模拟结果与试验结果吻合良好,误差较小,证明了数值模拟方法与参数的正确性。
(2)基于数值模拟的正确性和合理性,运用LS-DYNA建立内爆炸球面网壳结构数值模型,分析了球面网壳内爆炸典型过程和构件刚度对球面网壳结构爆炸效应的影响。
结果表明:炸药量较小时,连接构件的刚度越大,网壳结构的爆炸效应反而越小,而随着炸药量增大,连接构件刚度越大,网壳结构的爆炸效应也越大;提高网壳杆件的刚度和下部支撑柱的整体刚度有利于降低网壳结构爆炸效应。
(3)建立了以构件损伤为基础的网壳整体损伤评估方法,依据损伤因子和结构损伤情况提出损伤等级划分标准,并将内爆炸下球面网壳划分为轻度损伤、中度损伤、严重损伤三种损伤等级,同时对各损伤等级结构响应特征进行分析;而后对网壳损伤因子和损伤等级分布进行影响参数分析,得出TNT量、连接刚度和屋面荷载对网壳损伤的影响规律;提出了适用于内爆炸下球面网壳结构的损伤评估流程,绘制了损伤等值曲线,为工程中快速评估网壳损伤提供参考。
(4)提出了球面网壳结构抗爆防爆设计的目标,并结合试验与模拟结果对内爆炸下球面网壳结构抗爆防爆的关键位置的分布进行了研究,随后针对结构关键位置抗爆防爆措施进行研究,得出了关键位置处泄爆阀值关系式和经济有效的结构抗爆加固措施,以实现提出球面网壳结构抗爆防爆设计的目标,为工程防爆设计和加固提供有效科学依据。
ERA法识别大型结构损伤与定位
报道并不多见， 往往也不够全面。本文对结构健康诊断方法之一 ERA 法进行了扩展， 推导了一系列适 合土木工程高层建筑的新的结构健康诊断公式。在对模态参数识别之后， 进一步推导得到结构的物理 参数。实例证明了这种方法识别的可行性， 并具有一定的抗噪能力， 对工程实际具有参考价值。
!" 特征系统实现算法
i
。 由此得连续系统模态参数固有频率和模态阻尼比 +
i i
=
i
"i
=
， i = 1， 2， …， n
， i = 1， 2， …， n
可得第 i 阶振型向量， #i = [ 质量比系数 各层的质量、 刚度分别为
1i
2i
… pl =
ni
] T。 利用递推关系， 设
ml ， l = 1， 2， …， n mn
tweenidentificationvaluetheoreticalvaluefothirdmodeshape上述图形的识别结果表明该方法对振型的识别效果很好各个图的对比来看不易看出系统的具体的损伤位置及其数值大小必须通过理论计算出质量和刚度具体如表era法识别大型结构损伤与定位21tweenidentificationvaluetheoreticavaluerigidityafterdamageith10kg刚度层数理论值识别值误差理论值识别值误差1031021521011511001701501301201121863910810710610515415410315310215911855019221086层误差远远超出正常范围故可断定该层发生损伤识别其刚度损伤为50192这与前文假设刚度损伤50是很接近的给出的质量识别最大误差为16123刚度识别最大误差9152尽管噪声对于识别质量和刚度有一定的影响的但并不影响对关键部位发生大的损伤的定位识从表中可明显看出损伤的位置并可得出其损伤值的大小本文基于era原理以一剪切模型为例利用特征系统实现算法识别出结构的模态参数进而得系统的结构参数计算结果表明该方法识别效果较好
基于曲率和应变能差为参数的空间网格结构损伤定位方法研究的开题报告
基于曲率和应变能差为参数的空间网格结构损伤定位方法研究的开题报告一、研究背景及研究意义随着现代工程技术和科学技术的不断发展，空间网格结构逐渐成为航空、航天、汽车等领域中常见的结构形式。
然而，由于长期使用和外力作用，网格结构很容易受到损伤，从而影响其使用寿命和安全性。
因此，如何及时准确地定位网格结构的损伤位置，成为了研究的重要课题。
目前，对空间网格结构损伤定位研究主要分为实验测量和数值分析两种方法。
实验测量需要进行一系列工程测试，较为耗时费力，且测试结果也受到环境因素的影响。
而数值分析方法则可以根据结构的有限元模型，通过数学计算方法得到结构的应变、变形等信息，但数值分析方法也存在着一定的局限性，如求解精度、计算时间等问题。
因此，本文旨在研究一种基于曲率和应变能差为参数的空间网格结构损伤定位方法，通过对曲率和应变能差的分析，提高损伤的定位精度和准确性，为网格结构损伤的检测和维护提供一种有效的新方法。
二、研究内容及研究方法1. 研究内容本文主要研究基于曲率和应变能差为参数的空间网格结构损伤定位方法，具体研究内容包括：（1）空间网格结构的有限元建模：通过有限元软件对空间网格结构进行建模，得到其应变、位移等信息。
（2）曲率和应变能差的分析：利用数学方法计算空间网格结构不同位置的曲率和应变能差，以此为参数进行损伤定位。
（3）算法设计与实现：设计算法，将曲率和应变能差作为输入量，对空间网格结构进行损伤定位，实现算法并进行验证和优化。
2. 研究方法本文采用以下研究方法：（1）文献研究法：对国内外空间网格结构损伤定位方法相关文献进行系统、全面的研究，了解当前研究进展和存在的问题。
（2）有限元分析法：基于有限元理论，构建空间网格结构的有限元模型，进行数值分析，研究结构的应变、变形等信息。
（3）数学分析法：通过数学方法计算空间网格结构不同位置的曲率和应变能差，以此为参数进行损伤定位。
（4）算法模拟法：设计算法，将曲率和应变能差作为输入量，对空间网格结构进行损伤定位，实现算法并进行验证。
大跨度异型钢结构多点损伤检测方法
大跨度异型钢结构多点损伤检测方法摘要：钢结构凭借其高强度、高稳定性和耐久性等特点，广泛应用与基建项目建设中。
特别是在一些规模较大，结构较为复杂的大型工程项目建设中，经常会使用到异型钢结构，增加了施工的难度，同时也对钢结构的检测提出了更高的要求。
在钢结构检测中，因损伤失败参数的选取有一定的差异性，致使钢结构损伤检测结果存在一定能的误差。
基于此，笔者提出大跨度异型钢结构多点损伤检测方法。
关键词：大跨度；异型钢结构；多点损伤；检测方法受到多种因素的制约，大跨度异型钢在应力集中的时候，十分容易对钢结构的构件产生多点损伤现象。
由于钢结构是作为建筑工程的主要承重结构材料，一旦钢结构的性能出现下降现象，特别是钢结构受到损伤的情况下，十分容易导致建筑结构的稳定性下降，进而危及整个建筑结构的安全性。
由此可见，正确认识大跨度钢结构的应用情况，提升大跨度异型钢结构的整体性能至关重要。
为了切实提升钢结构损伤检测的实时性和准确性，应结合异型钢的实际使用情况和使用环境，采用适宜的损伤检测方法，快速识别钢结构损伤位置，降低损伤带来的危害。
如果钢结构的损伤现象较为严重，则普通的检测方法存在检测效率低和误差大的问题。
若将冲击法和毫米波雷达检测技术结合到一起，利用仪器设备来实现对结构损伤的检测，能够提升损伤检测的精度。
但是该检测技术需要大量的人力资源。
而利用损伤识别原理，借助结构自身的振动来识别损伤，检测结果受到外部环境因素影响较大，检测精确性也较低。
针对此种现象，本文利用传感器来获取结构形象，然后利用损伤识别参数来判断钢结构损伤情况，有利于提升检测结果的准确性。
由此可见，探究大跨度异型钢结构多点损伤检测技术十分关键。
1异型钢结构概述钢材分为型钢、线钢板钢、钢管4种类型，常用于建筑施工的是型钢。
随着我国建筑业的建设和建设质量的不断提升，对各种规格钢材的需求也越来越高，我国的钢材产品也在大幅度地提升，有的产品已经达到了世界一流的水准。
空间网格结构损伤探测的研究进展
空间网格结构损伤探测的研究进展
刘伟;高维成;沈世钊
【期刊名称】《力学与实践》
【年(卷),期】2005(027)001
【摘要】空间网格结构损伤探测技术是目前结构工程领域研究的热点和难点.根据国内外的最新文献信息,讨论了损伤探测技术在空间网格结构中的应用及最新的研究进展,对现有文献中的方法进行了分类和评述.重点介绍了目前比较适用的柔度法和模型修正方法,对该领域中尚存在的问题进行了讨论,对今后的发展方向及趋势进行了展望.
【总页数】8页(P7-13,63)
【作者】刘伟;高维成;沈世钊
【作者单位】哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】O329
【相关文献】
1.钢筋混凝土空间网格结构曲率模态曲面拟合损伤识别研究 [J], 刘伟;高维成;李惠;孙毅
2.大跨度空间网格结构节点损伤识别定位 [J], 丁阳;宋扬;李忠献
3.温度变化下基于固有频率聚类分析的空间网格结构损伤诊断 [J], 韩庆华;马乾;刘名;徐杰
4.考虑多模态贡献的空间网格结构地震损伤评估方法 [J], 张玉建;罗永峰;郭小农;黄青隆
5.考虑材料损伤累积的空间网格结构弹塑性分析建模方法 [J], 张毅刚;周海涛;杨大彬
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空间网架结构的损伤识别的开题报告
空间网架结构的损伤识别的开题报告导言：随着空间技术的飞速发展，空间网架结构作为大型空间结构的一种，已被广泛应用于航天、通信等领域。
然而，自身飞行环境的极端条件，以及长时间的使用和日常运维等因素，都会给空间网架结构造成一定的损伤，因此对其损伤的识别和评估显得非常重要。
本文旨在探究空间网架结构的损伤识别方法，以及适用于其损伤评估的非破坏性方法。
一、研究背景及意义空间网架结构广泛应用于卫星、火箭等航天器中，承担起了关键的装配、传输、支撑等作用。
然而，由于其工作状态的复杂性，导致空间网架结构很容易遭受损伤和磨损。
大多数损伤通常是微小且不明显的，如果不能及时发现和修复，可能会给整个空间网架结构带来不小的安全隐患，严重影响其性能和寿命。
因此，对空间网架结构的损伤识别和评估具有重要意义。
传统上，空间结构的损伤识别和评估主要通过目视检查以及破坏性试验进行，这些方法都非常耗时、耗力、成本高，并且容易导致二次损伤。
近年来，随着各种新型材料的广泛应用，以及先进的非破坏性检测技术的不断发展，已经出现了许多可以用于空间网架结构损伤评估的新型识别方法，例如热红外成像、振动分析、声发射检测等等。
从而开展深入的对空间网架结构的损伤识别和评估，选择适当的方式，确定有效的检测方法，对于保证空间网架结构安全、可靠、高效有着十分重要的意义。
二、相关研究损伤识别与评估已成为航空航天界的重要课题，因此关于空间网架结构的损伤识别、评估方法的研究也日益增加。
以下是相关研究的一些实例：1. 热红外成像技术热红外成像技术是目前应用最为广泛的一种非破坏性检测方法。
应用该技术可以直接获得结构物表面的温度分布，从而识别出温差较大的区域，确定损伤的位置、形态和大小。
因此热红外成像技术可以作为空间网架结构检测的一种有效方法。
2. 振动分析技术振动分析技术是一种传统的非破坏性检测方法。
利用振动加速度或位移与内在力或应变的关系，可以直接探测结构物的内部质量分布、损伤程度和局部刚度变化。
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文章编号:1000-6869(2006)01-0016-08大跨度空间网格结构的损伤定位丁 阳,张玉峰,李忠献(天津大学建筑工程学院,天津300072)摘要:本文建立了基于模态曲率法和人工神经网络技术相结合的、适用于大跨度空间网格结构的损伤定位新方法,即首先应用模态曲率法判断结构是否发生损伤并识别发生损伤的局部结构,然后对发生损伤的局部结构利用人工神经网络技术识别损伤的准确位置。
通过分析和比较发现,以模态曲率为基础的损伤参数比较适合于大跨度空间网格结构的损伤定位,三种以模态曲率为基础的损伤定位参数按有效性进行排序,从低到高依次为模态曲率、模态曲率差、模态曲率变化率;针对天津奥林匹克中心体育场大跨度悬挑管桁结构进行了不同损伤状况的数值模拟,验证了所建立的损伤定位方法的适用性和有效性。
研究结果表明:利用模态曲率变化率识别损伤发生的大致位置,当单榀桁架发生损伤时,识别的准确率达到100%,当多榀桁架同时发生损伤时,识别的准确率达9317%;采用人工神经网络技术识别损伤桁架的准确损伤位置时,在无测量噪声影响下,损伤定位的准确率达到9710%,且测量噪声对损伤定位准确率的影响很大。
关键词:大跨度空间网格结构;损伤识别;损伤定位;模态曲率;人工神经网络(ANN )中图分类号:T U39313 文献标识码:ADamage localization for long 2span spatial lattice structuresDI NG Y ang ,ZH ANG Y u feng ,LI Zhongxian(School of Civil Engineering ,T ianjin University ,T ianjin 300072,China )Abstract :In this paper ,based on the combination of the m ode curvature method and the artificial neural netw ork technology ,a new method of damage localization for the long 2span spatial lattice structures is established ,in which the decision of whether damage will occur or not and the identification of damaged partial structure are to be carried out by using the m ode curvature method firstly ,and then the accurate damage location in the damaged partial structure is recognized using the artificial neural netw ork technology.Through the investigation and com paris on ,the parameters suitable for the damage localization of the long 2span spatial lattice structures are determined ,and the different damage cases for a long 2span cantilever tubular truss structure of the T ianjin Olym pic Center Stadium is numerically simulated to verify the applicability and effectiveness of the established damage localization method.The results show that during the approximate damage location is identified using the varying ratio of m ode curvature method ,the identification accuracy can reach 100%when the damage occur only in truss ,and 9317%when the damage occur in multiple trusses simultaneously.While the accurate damage location of the damaged truss is identified using the artificial neural netw ork technology ,the accuracy for damage location can reach 9710%in the case of without test noise ,it indicates that the in fluence of test noise on the accuracy of damage location is significant.K eyw ords :long 2span spatial lattice structure ;damage identification ;damage localization ;m ode curvature ;artificial neural netw ork (ANN )基金项目:国家杰出青年科学基金(50425824)、国家自然科学基金(50278064,50578109)和天津市科技发展计划(043112111)资助项目。
作者简介:丁阳(1966- ),女,辽宁沈阳人,工学博士,教授。
收稿日期:2005年5月1 引言近年来,随着我国建筑技术水平的提高和经济实力的增强,许多大跨度空间结构已陆续建成。
2008年61第27卷第1期建 筑 结 构 学 报V ol.27,N o.12006年2月Journal of Building StructuresFeb 12006转载北京奥运会和2010年上海世博会的申办成功,迫切需要建造一大批规模宏大、形式新颖、技术先进的体育场馆、会展中心、航空港等大空间甚至超大空间的公共建筑。
这些大空间、超大空间建筑投资巨大,往往是人群集合或配置重要设施的场所,其安全不仅维系着成千上万人的生命安全,而且还具有重大的国际国内影响。
由于建筑材料初始缺陷的存在以及荷载和环境的共同作用,结构在经历了一段较长时间或受到某种自然灾害作用后,往往会受到不同程度的损伤;或者由于结构的病害引起性能变化,导致突发事故或结构倒塌现象的发生。
结构的缺陷和损伤严重地降低了结构的安全性、适用性和耐久性,历史上曾发生过许多大跨度空间结构倒塌的事例[1]。
事实证明,如果对大跨度空间结构的关键受力构件进行长期或定期的健康监测,即对大跨度空间结构进行损伤识别,及时发现隐患并进行处理,便可以防止结构倒塌事故的发生。
目前已建立的基于振动参数的损伤定位方法主要用于桥梁和高层结构。
常用的损伤定位参数有频率[2～6]、应变模态[5,6]、曲率模态[5～13]和位移模态等。
由于大跨度空间网格结构的杆件数量众多,当单根杆件发生损伤时,损伤对结构的整体模态信息影响微小,因此并不是所有上述参数都适合于大跨度空间网格结构的损伤定位。
神经网络法[14～16]和模态曲率法是两种常用的损伤定位方法,当仅采用人工神经网络技术对整体结构进行损伤定位时,会出现模拟损伤样本组合爆炸的问题而不适用。
而仅采用模态曲率法进行损伤定位分析时,需要布置大量的传感器从而使这种方法变得不实用。
因此,本文首先通过分析比较选择适合于大跨度空间结构的损伤定位参数,然后在分析已有的损伤定位方法的基础上,提出了应用模态曲率法和人工神经网络技术相结合的损伤定位方法对大跨度空间网格结构进行损伤定位:在通过模态曲率法判断结构是否发生损伤以及识别损伤发生的大致位置的基础上,利用人工神经网络技术识别损伤发生的准确位置。
2 损伤定位参数的选择对大跨度空间网格结构进行损伤定位分析时,损伤定位参数选择是否合适,直接影响计算工作量的大小和损伤定位的准确程度。
本文通过计算,分析比较了多种损伤定位参数对于大跨度空间网格结构损伤的敏感性及适用性,以确定适用于大跨度空间网格结构的损伤定位参数。
211 计算模型如图1所示,选取一平面尺寸为2311m×2512m的蜂窝形三角锥平板网架[17]作为计算模型。
结构几何尺寸如下:网格数11×12;网格尺寸211m×211m;网架高度117m。
杆件规格:57×3,6315×315,76×4。
图1 蜂窝形三角锥网架平面图Fig11 Plan view of cellular triangle pyramid truss本文通过降低杆件的弹性模量来模拟损伤,公式如下E′=(1-α)E(1)式中,E、E′分别为损伤前后杆件的弹性模量;α为杆件损伤程度,即损伤杆件弹性模量降低程度。
任意选取10个模拟损伤工况列于表1。
表1 损伤工况Table1 Ca se s of damage工况损伤程度损伤杆件号(节点号2节点号)工况损伤程度损伤杆件号(节点号2节点号) 1无损690%27(1102109)250%128(15232)750%27(1102109)375%389(44237)890%472(972115)490%115(48249)980%482(1132123)575%27(1102109)1090%327(1242133) 212 损伤定位参数的分析比较21211 频率通过计算得到计算模型在各模拟损伤工况下的前4阶自振频率,列于表2。
71表2 计算模型自振频率Table2 Natural frequencie s of numerical model工况1工况2工况3工况4工况5工况6工况7工况8工况9工况10频率H z 01961882019613750196058301962213019614430196095301961709018684050191991201960572 21005039210047491199808421005039119956031198367621001459119005121190231311988422 21105693211024582110285621106281211056642110563321105681210889022107746021105396 31044964310427683103219931044964310361113101887531041961310035412196314221990751 从表2可以看出,当任意选取的杆件发生不同程度的模拟损伤时,与无损伤工况相比,除工况8外其它工况计算模型的自振频率变化不到1%。