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《哈尔滨工业大学》 2011年
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大跨度空间钢膜结构健康监测研究与应用

周峰  
【摘要】:大跨度空间结构是公共建筑所常采用的结构形式,其造型优美、甚至可成为城市现代化的标志,但其受力却十分复杂,一旦发生破坏将造成严重的经济损失和极坏的社会影响,为了充分把握空间结构的受荷与受力特点,近年来土木工程领域中的健康监测成为了热点研究方向,其通过在结构上布设传感网络,实时地把握足尺结构真实的荷载和受力状态,是保障结构健康与安全的有效手段;此外,一个安装了健康监测系统的结构,相当于一个真实的现场试验系统,可从中揭示出结构受力和服役过程的性能演变规律,为结构分析与设计理论的发展与完善提供宝贵的资料。 本文以国家游泳中心(“水立方”)工程为背景,对其进行了为期4年(建设过程与服役期间)的监测,取得了宝贵的数据;并对其进行了深入系统的分析,同时,结合数值模拟技术,揭示了该类结构建设与服役过程中的受荷与受力特点,为该类结构的分析和设计理论的发展与完善提供了科学依据。 本文主要研究内容包括: 提出了大跨度空间钢膜结构健康监测系统和施工卸载监控系统的设计方法,并为国家游泳中心设计了健康监测与施工卸载监测系统。 对国家游泳中心施工卸载过程中的结构杆件和支撑体系应变响应进行了实测研究,并结合数值模拟技术,揭示出施工卸载过程中结构与支撑体系的受力状态变化特点,并对施工过程合拢温度取值方案及施工卸载方案进行了对比性优化分析,提出了较优的选取方案。 研究了结构温度应力的产生原理及基于光栅光纤技术应变传感器的温度补偿原理,基于国家游泳中心监测数据,研究该类结构温度场分布规律,并构造了温度与结构应变响应的神经网络模型,揭示了温度与结构应变的变化规律及时滞效应,在此基础上,结合雪荷载及其应变监测数据,提出了雪荷载应变的分离方法,最后,从实测和数值模拟角度研究了该结构的温度场、温度应变和雪荷载应变的变化规律及其分布规律。 基于现场监测数据,提出基于静力统计荷载分级的大跨度空间结构损伤诊断方法,证明了该方法的有效性;同时,基于温度对结构模态参数的影响原理,采用现场监测数据研究国家游泳中心的动力模态参数对温度的敏感性规律。 基于现场监测数据,对ETFE充气膜结构的模态参数进行了识别,并采用现场监测与CFD数值模拟的混合子结构方法计算充气膜结构气动参数,得到气动参数的时变规律及随风速的变化规律。 对国家游泳中心风环境监测数据进行统计分析,得到风速、风向及风压等参数的分布及变化规律,为该类结构的抗风分析与设计提供参考。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU399

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前9条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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9 吴晓东;钢网架极限承载力及冰雪荷载下的致灾机理研究[D];中南大学;2009年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 崔来奇;徐亚丰;;长细比对轴压T形钢管混凝土芯柱受力性能影响的研究[A];创新沈阳文集(A)[C];2009年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 常书平;王永生;庞之洋;;用基于SST模型的DES方法数值模拟圆柱绕流[J];舰船科学技术;2009年02期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 孙晓颖;薄膜结构风振响应中的流固耦合效应研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 岳建平;大坝安全监控系统可靠性研究[D];河海大学;2002年
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7 官万轶;斜拉桥施工过程的预测与控制方法研究[D];华南理工大学;2000年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 肖智勇;本征正交分解(POD)方法在高层建筑风荷载及其动态响应中的应用研究[D];汕头大学;2001年
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3 陶青秋;本征正交分解(POD)方法在建筑风荷载及其动态响应中的应用研究[D];汕头大学;2002年
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4 刘佳坤;肖建春;马克俭;;太阳辐射对大跨度空间结构影响的研究现状[J];贵州工业大学学报(自然科学版);2008年04期
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7 景明勇;王元清;边振义;石永久;;大跨度空间钢管结构安装技术分析[J];施工技术;2006年09期
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10 朱奕锋;李策;吴向东;何沛伦;;大跨度空间钢管桁架拱施工技术[J];施工技术;2007年06期
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5 李永;孙桂丽;;大跨度空间交叉钢梁-混凝土组合楼板吊装技术[A];首届全国钢结构施工技术交流会论文集[C];2006年
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8 施红梅;宗友发;范懋达;;大跨度空间管结构的定位制作和安装[A];第三届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2003年
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10 金德民;高福聚;韩廷泉;;大跨度空间结构设计方案的风险评估研究[A];第七届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2007年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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7 邱自学;SMA传感、驱动性能及其结构健康监测技术研究[D];南京理工大学;2002年
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1 张鸿雁;斗拱型大跨度空间钢网壳的稳定分析[D];广州大学;2011年
2 刘思为;大跨度空间结构风荷载数值模拟及风振响应研究[D];西南交通大学;2011年
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4 孟兮;大跨度空间结构风荷载的数值模拟计算与分析[D];北京交通大学;2010年
5 李乘建;大跨度空间管桁架施工关键技术的研究[D];西安建筑科技大学;2009年
6 张儆伦;双层充气膜沼气储存柜设计分析与试验研究[D];上海交通大学;2010年
7 刘晔;充气膜结构雕塑在现代城市园林景观中的应用[D];东北师范大学;2010年
8 魏平;疲劳寿命计在结构健康监测中的应用研究[D];南京航空航天大学;2004年
9 王洽亲;2010上海世博会英国馆结构健康监测研究[D];浙江大学;2011年
10 沈继华;充气膜结构流固耦合效应下的风振响应分析[D];上海交通大学;2012年
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