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桅杆结构疲劳状态的安全预警

孙静  
【摘要】:桅杆结构是一类应用广泛的高柔风敏感结构,较易因风力引起的结构构件疲劳破坏而造成整个桅杆结构的倒塌。避免桅杆结构构件风致疲劳破坏的发生,保证桅杆结构的安全是已成为新世纪土木工程领域的一个前沿研究热点。本文以这样一个实际工程中的疑难问题为背景,对桅杆结构疲劳状态实时评估问题进行了系统的研究,提出了桅杆结构风致疲劳安全预警理论和方法。 目前,国际国内对于工程结构的安全预警理论的研究主要集中在水工结构和深基坑等施工结构上。对于桅杆结构风致疲劳安全预警的理论研究较少,基本是一个尚无涉足的领域。在桅杆结构风致疲劳的研究中,国际国内主要集中在桅杆结构风致疲劳的分析方法上,主要是为了解决桅杆结构的抗风设计问题,在桅杆结构风致疲劳的计算中所采用的动力风荷载是依据一定的人工概率模型而产生的某类动力风荷载,并不是真正的实时动力风荷载,因而它只能完成基于某种概率模型下对桅杆结构在使用期限内疲劳寿命的一个估算,而无法实现对桅杆结构每时每刻的实时风致疲劳状态的评估。要解决这个问题,必须建立作用在桅杆结构上的动力风荷载的识别方法。由于桅杆这类高耸结构的特殊性,在工程实际中只能布设有限数量的测点来量测其在动态荷载作用下的响应。因此,以桅杆上有限测点的实测风振响应来反演结构的动态荷载,是间接测量的一种途径。本文采用基于模态分析的方法,通过建立桅杆结构的线性化有限元动力分析模型,运用结构在模拟风荷载下的有限测点风振响应数据识别了作用在结构上的风荷载时程。 在对桅杆结构风致疲劳的计算中,所采用的有限元模型是理论模型,这与实际结构模型会有差异。对于桅杆结构的抗风设计,只要这种差异偏于安全即可。但在桅杆结构风致疲劳安全预警系统中,这种差异则会导致预警失实而失效,所以应建立一套桅杆结构的有限元模型修正方法。由于钢结构的模型误差主要体现对杆件连接刚度而非对杆件的物理尺寸的把握上,本文阐述了以构件节点连接刚度为修正指标的基于神经网络的结构有限元模型修正的方法。 本文以建立桅杆结构风致疲劳安全预警理论和方法为研究目的,在对桅杆结构进行有限元模型修正和载荷识别的基础上提出了桅杆结构风致疲劳实时评估方法。文中,对桅杆沿杆身高度分布的脉动风荷载进行了数值模拟;阐述


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