張弦梁結(jié)構(gòu)基于模態(tài)參數(shù)的損傷識別方法與試驗研究.pdf

1、張弦梁是由上部剛性拱桁架與下部柔性拉索通過撐桿組合而成的一種空間雜交結(jié)構(gòu)形式，被廣泛應用到體育館、候車廳等大跨鋼屋蓋結(jié)構(gòu)中。隨著運營時間的增長，越來越多的張弦梁結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)安全評估與維修加固的需求，尤其此類結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)損傷會對重要工程的安全使用產(chǎn)生較大影響，甚至可能引起連續(xù)倒塌，因此研究張弦梁結(jié)構(gòu)在運營期的損傷識別具有重要的現(xiàn)實意義。但張弦梁結(jié)構(gòu)中存在拉索、撐桿和桁架等不同類型桿件，受力機理更加復雜，其損傷識別與常規(guī)橋梁式結(jié)構(gòu)或多高層建筑

2、結(jié)構(gòu)存在明顯差異，目前相關(guān)的理論和試驗研究仍然較少。為此，本文針對張弦梁結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合下部索撐體系和上部桁架桿件敏感性分析，提出適用于張弦梁結(jié)構(gòu)的基于模態(tài)參數(shù)的損傷組合識別方法，開展張弦梁考慮不同類型損傷工況的損傷識別試驗，并針對實際工程應用進行損傷識別的數(shù)值模擬驗證，主要內(nèi)容包括:
　　(1)通過正則化頻率變化率、曲率模態(tài)差以及模態(tài)柔度差曲率等損傷識別方法的理論分析，研究三種損傷識別指標的優(yōu)缺點與適用性，為張弦梁結(jié)構(gòu)下部索撐體系

3、和上部桁架桿件分別選取適合的損傷識別指標奠定基礎(chǔ)。
　　(2)建立張弦桁架結(jié)構(gòu)ANSYS有限元分析模型，利用概率設計模塊(PDS）對有限元模型各部分桿件單元進行敏感性分析，研究上部桁架結(jié)構(gòu)部分、下部索撐結(jié)構(gòu)部分、弦桿焊縫部分以及拉索預應力等參數(shù)對結(jié)構(gòu)固有頻率的影響程度，為選取適合的損傷識別和確定結(jié)構(gòu)損傷預設位置提供依據(jù)。
　　(3)基于桿件敏感性分析結(jié)果以及各損傷識別方法的適用性，提出適用于張弦桁架結(jié)構(gòu)的損傷組合識別方法:應

4、用正則化頻率變化率指標對下部索撐部分進行損傷識別;應用曲率模態(tài)差和模態(tài)柔度差曲率對于上部桁架部分進行損傷識別;在有限元模型中實現(xiàn)桁架部分損傷、索撐部分損傷、焊縫損傷以及拉索預應力損失等各類不同損傷的數(shù)值模擬，開展不同損傷工況下的損傷識別分析，驗證各損傷識別指標對張弦桁架結(jié)構(gòu)各部分的損傷識別可行性，從而驗證張弦桁架結(jié)構(gòu)損傷組合識別方法的有效性。
　　(4)設計并完成了兩榀6m跨張弦桁架結(jié)構(gòu)縮尺模型的損傷識別試驗研究，對不同截面尺寸的

5、兩榀模型進行了損傷組合識別方法的驗證，結(jié)合有限元模型的桿件敏感性分析結(jié)果確定試驗結(jié)構(gòu)桿件損傷位置，設計多種損傷工況，包括桁架部分損傷、索撐部分損傷以及拉索預應力損失等。按照各工況順序?qū)Y(jié)構(gòu)模型進行試驗模態(tài)分析，采用沖擊力錘對結(jié)構(gòu)進行力錘激勵。對比試驗結(jié)構(gòu)無損工況測得的模態(tài)數(shù)據(jù)與有限元模擬無損工況獲得的模態(tài)數(shù)據(jù)，驗證模型的正確性，通過試驗測得各工況模態(tài)數(shù)據(jù)，驗證了各損傷識別指標在該試驗中損傷識別的有效性，為后續(xù)工程應用提供依據(jù)。