空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與安全性評價方法研究.pdf

1、空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是一種新型結(jié)構(gòu)體系,近三十年來在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展,愈來愈廣泛地應用于各類公共建筑領(lǐng)域,成為國家或地區(qū)建筑科技進步水平高低的象征。然而,其興盛背后也存在著安全隱患。許多工程事故分析表明,構(gòu)建一套適宜于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的安全性評價方法與標準,已經(jīng)成為關(guān)注的焦點和亟待解決的課題。既有的結(jié)構(gòu)安全性評價研究與應用成果多針對磚混結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu),空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)尚處于起步階段,很多方面有待于進一步深化研究。鑒于此,本文以國家自然科學基金項目《

2、西北地區(qū)空間網(wǎng)殼－鋼筋砼結(jié)構(gòu)破壞機理及減震體系研究》(51068019)課題為依托,在分析空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)損傷機理的基礎(chǔ)上,通過理論分析、數(shù)值模擬和實例論證,對空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的損傷識別及其安全性評價方法進行了較為系統(tǒng)的研究。
　　 本文研究的主要內(nèi)容如下:
　　 (1)通過對空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點、損傷類型與破壞形式的分析,給出了在役空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)安全性控制的數(shù)學模型,以及在役空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)安全性控制的主要對象、安全性控制參數(shù)與計

3、算方法;
　　 (2)通過對既有傳感器優(yōu)化布置方法和空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布規(guī)律、結(jié)構(gòu)損傷特征以及其結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工作方式分析,提出了適宜于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)傳感器布置方法、損傷參數(shù)及其識別方法;
　　 (3)建立了空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)不同類型構(gòu)件截面積與結(jié)構(gòu)荷載因子之間的計算模型,提出了確定此類結(jié)構(gòu)桿件的權(quán)重計算方法,以及空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)構(gòu)件(包括節(jié)點)之間權(quán)重分配方案和量化標準;
　　 (4)基于FUZZY數(shù)學綜合評價原

4、理,對既有模糊綜合評價方法涉及的隸屬函數(shù)和權(quán)重指標、綜合評價數(shù)學模型、評判指標等問題的研究,結(jié)合空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)特點,給出了空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的安全性評價程序、評價等級劃分標準以及綜合評價方法。
　　 研究結(jié)果表明:
　　 (1)在役空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的安全性評價,其結(jié)構(gòu)荷載模型、荷載效應組合方式應按照現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設計規(guī)范執(zhí)行,結(jié)構(gòu)抗力模型可以主要考慮幾何參數(shù)和計算模式因素的影響;
　　 (2)在役空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的安全性需要從結(jié)構(gòu)桿件

5、、節(jié)點、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性三個方面加以控制,以現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設計規(guī)范為標準進行驗算,其中結(jié)構(gòu)桿件(包括節(jié)點)可以用構(gòu)件內(nèi)力作為控制參數(shù),結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性可以用結(jié)構(gòu)承載力為控制參數(shù);
　　 (3)可以分別采用靜態(tài)應變分析法和基于動能原理的有效節(jié)點法,對空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及桿件基于損傷識別的傳感器布置進行優(yōu)化;
　　 (4)可以采用結(jié)構(gòu)桿件損傷前后應變差值確定空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)桿單元的損傷位置與損傷程度;以連接域面積為變量,采用桿件內(nèi)力變化差為損傷參數(shù),識

6、別桿件節(jié)點的損傷位置與損傷程度:以結(jié)構(gòu)損傷前后的節(jié)點位移與結(jié)構(gòu)承載力之積的比值作為損傷參數(shù),識別結(jié)構(gòu)整體的損傷程度;
　　 (5)在安裝與使用過程中,結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的儀器設備應采取有效的防范措施;健康監(jiān)測系統(tǒng)的智能化程度,傳統(tǒng)檢測方法和現(xiàn)代傳感技術(shù)的綜合利用,是提高結(jié)構(gòu)損傷識別精度與安全性評價效果的基本方略。
　　 通過K6型單層網(wǎng)殼試驗模型和甘肅省慶陽體育館大型復雜網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)工程實例的系統(tǒng)監(jiān)測與安全性評價,驗證了本文針對空