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空间钢结构损伤识别研究

吕淼  
【摘要】: 土木工程结构由于各种自然的和人为的作用,会出现损伤,当损伤积累到一定程度时,将会导致结构性能的下降甚至毁坏,对国家和人民的生命、财产造成严重的威胁,其经济损失不可估量。因此,对现有结构进行损伤的判别与定位有着极为重要的意义。 近年来,随着社会的发展、科学技术的进步以及人们日益增长的物质文化需求,空间结构的应用越来越广泛。空间结构大多是一个城市乃至国家的公共性建筑和标志性建筑,一旦发生破坏,影响巨大。因此及早发现结构的损伤,并采取防范措施尤为重要。而目前,对于梁、板类结构的损伤识别研究较多,并取得了一定的研究成果,但由于空间结构比较复杂,自由度较多,将这些成果应用于空间结构的损伤检测时效果较差。为了寻找适用于空间结构的损伤识别方法,本文以一三层空间刚架为研究对象,对空间结构的损伤识别方法进行了较深入的研究。 本文首先阐述了结构损伤识别的研究目的和意义,结构健康监测和结构损伤识别及其国内外研究现状;其次,在对结构损伤识别的分类、结构损伤识别的方法以及基于动力特性的损伤发现与定位理论进行深入研究的基础上,选择采用单元模态应变能法和基于一阶振型的两阶段损伤识别方法来对模型结构进行损伤识别与定位。第三,应用大型有限元分析软件ANSYS10.0建立了一三层空间刚架模型,并选择应用Subspace法对该模型进行模态分析。用刚度折减法来模拟杆件的损伤,通过模态分析获得完好结构和损伤结构的前十阶固有频率和振型。最后,对于获得的完好结构和损伤结构的模态参数分别应用基于单元模态应变能和基于一阶振型的结构两阶段的损伤识别方法对模型进行损伤的定位。结果证明这两种方法在进行空间结构的单损伤识别时都是有效的,都能够精确的定位杆件的损伤。论文的主要研究工作及结论对空间钢结构的损伤识别与定位有一定的参考意义。


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