基于动测实验的网架结构损伤诊断方法研究

【摘要】： 网架结构因其结构及建筑使用功能上优势,广泛的应用于工业和民用建筑中。由于大多数网架结构工程较为庞大,杆系众多,实际网架结构工程的损伤检测存在诸多问题有待研究解决,本文结合建设部国家行业标准《空间网格结构工程质量检测评定标准》的制定和编写任务,基于足尺网架模型动测实验对网架结构的损伤诊断方法进行了研究和探讨。本文主要研究内容和取得成果如下： 1.本文对基于频率、模态振型参数COMAC指标、轴向应变变化率的损伤识别理论在网架结构工程中应用的可行性进行了理论研究和探讨,在应变模态变化损伤识别的基础上,提出了通过轴向应变变化率之差进行网结构损伤识别的方法,并推导了在外激励力作用下基于轴向应变变化率的三维网架结构损伤识别公式。 2.通过动测实验和数值模拟相结合的方法,利用大型有限元通用软件ANSYS的有限元命令和APDL程序语言编写了网架模态分析源程序,以实现网架模型的参数化建模、施加参数化荷载与求解以及参数化后处理结果的显示,从而实现网架模型参数化有限元分析的全过程,这个程序在网架模型数值模拟参数化分析的过程中可以简单地修改其中的参数达到反复分析不同荷载以及多种损伤方案,模拟出实测网架各种工况的损伤情况。对网架模型的准确模拟使动力实验和数值模拟相结合的网架结构损伤识别方法得以应用。 3.在实验室建立了12×9×1.4m足尺网架模型,采用力锤激励单输入单输出的动测方式,完成了足尺网架在20种不同损伤工况下的动测试验,针对网架结构的特点,对网架结构的动测方法、激励方式、传感器优化布置及频响函数的优劣评价等问题都做了深入的研究,提出了网架动测的试验的基本步骤和操作程序。为网架结构损伤诊断方法的研究和在实际工程中的应用提供了实验依据。 4.在动测实验基础上对网架结构损伤诊断方法进行了研究,验证了基于频率、COMAC指标、应变等动态参数用于网架结构的损伤识别的可行性。给出了基于轴向应变变化率对网架结构进行损伤识别的方法及识别过程,论证了其在三维网架结构进行损伤诊断得可行性,得到了在外激励作用下网架杆件损伤前后的轴向应变变化率差值,可以很好的反映出损伤杆件的位置和损伤程度的结论。 5.建立了基于轴向应变变化率的网架结构损伤诊断方法,提出网架工程损伤识别的三级诊断法,确定了网架结构的“损伤因子”,并通过多个案例验证了基于此的网架损伤定位方法在实际工程中应用是可行的。 本文在基于动测实验的网架结构损伤诊断方法的研究中,提出的基于轴向应变变化率的网结构损伤识别的三级诊断法,其理论意义明确并在实验案例中得到了可靠验证,识别效果比较理想,对实际网架工程的损伤诊断具有较高的理论价值和实用价值。