大跨度空间网格结构的健康监测系统

针对大跨度空间网格结构健康监测系统中的传感器布置以及损伤识别问题,以凯威特型单层球面网壳为例,首先,定义基于变形能的适应度函数,采用粒子群优化算法布置加速度传感器;其次,根据加速度响应信号,建立时间序列模型(AR模型),根据模型系数的变化,判断损伤存在与否;最后,以AR模型系数为输入,损伤位置为输出,建立BP神经网络,通过BP网络的训练和测试,判定损伤存在的位置.数值模拟结果表明:基于粒子群算法的传感器优化布置方法能够准确获取网壳结构中的关键信息点,有效节省传感器布置数目;基于时间序列分析和神经网络的损伤识别方法可以准确识别网壳结构的损伤及损伤位置.     

基于性能的单层球面网壳结构强震损伤模式优化

为避免强震作用下单层网壳损伤集中模式对结构整体稳定性的不利影响,根据地震作用下网壳稳定承载力和整体损伤的变化过程,定义了两个抗震性能指标作为目标函数,并以杆件截面尺寸为优化变量,采用ABAQUS软件对单层球面网壳结构的强震损伤模式进行了多目标优化,并对优化前后结构的动力响应和损伤演化进行分析.结果表明:考虑杆件重要性系数的单层网壳整体损伤指标能够有效识别强震作用下单层网壳结构损伤模式,经过优化后的单层网壳结构损伤集中模式得到有效控制,不同位置的杆件损伤分布更加均匀.本文的优化方法能够明显提高不同强震作用下网壳结构的剩余稳定承载力.     

基于磁流变液阻尼杆件的空间网壳风振半主动控制

对基于磁流变液阻尼杆件的空间网壳结构风振控制问题进行研究.将磁流变液阻尼器与网壳结构杆件结合,形成智能构件空间网壳结构.利用Bingham粘塑性模型描述磁流变液阻尼器的性能,采用Bang-Bang半主动控制算法,提出结构的广义弹性能和广义动能作为评价结构控制效果的指标.对一局部双层凯威特球面网壳结构,采用上层双十字交叉方案布置磁流变液阻尼器,并开展数值计算.结果表明,采用广义弹性能和广义动能指标可较好地反映对结构风振控制的效果.     

基于神经网络的空间桁架结构损伤三重识别

以一72杆空间钢桁架为例进行桁架结构损伤三重识别.考虑单损伤工况与双损伤工况,通过ANSYS软件建模得到结构在无损与损伤工况下的固有频率,运用神经网络进行结构损伤定位与损伤程度确定.首先识别损伤层,然后识别损伤层中的损伤杆件,最后识别损伤杆件的损伤程度.结果表明该方法用于桁架结构损伤识别是可行的.     

基于多类型传感器信息的结构损伤识别方法

计算2组基于径向基神经网络的结构损伤程度识别结果,一组神经网络输入是加速度传感器信息,另一组神经网络输入是应变传感器信息;以2组识别结果及其可靠性为基础,提出采用D-S证据理论数据融合方法的结构损伤程度综合识别方法.以网壳结构为研究对象,建立结构损伤模型和神经网络样本库及输入输出向量,并对不同噪声水平下结构损伤程度识别结果进行计算.计算结果显示,基于多类型传感器信息的结构损伤程度综合识别结果的误差明显小于基于单类型传感器的识别结果,并在神经网络输入有噪声的情况下,仍保持较好的效果.因此,基于多类型传感器信息的结构损伤程度识别方法在合理应用结构多类型响应信息的基础上,能够获得更优的结构损伤程度识别结果.     

考虑上下协同工作大跨度储煤结构的抗震性能

为了研究多维地震作用下大跨度储煤结构的振动特性,通过对考虑上下部协同工作的双层网壳结构进行了多维地震响应分析,对比分析双层网壳结构在单维地震与多维地震动作用下的动力响应的差别,分析结果表明:采用一致地震激励的方法进行大跨度网壳结构的动力分析是不够完善的,在进行前期工程设计时,大跨度空间结构其上下协同工作的特性不容忽视,在多维一致地震作用下,整体结构的各杆件内力响应整体大于网壳结构,下部支承结构附近的节点位移和杆件内力变化较大;多点地震激励下的整体结构的杆件内力响应整体小于一致激励,当视波速取值较大时,杆件内力与一致激励较接近.可为今后类似大跨度空间结构工程参考和借鉴.     

斜拉单层柱面网壳地震响应及失效特征

在双向网格型单层柱面网壳结构面内及面外布置拉索有效地增强了网壳结构刚度,提高了结构的承载能力,前期已针对斜拉单层柱面网壳结构的静力稳定性进行了系统的研究,但有关该结构的地震响应研究还不够充分.本研究基于上述静力稳定性研究成果,通过ANSYS有限元软件对斜拉单层柱面网壳结构进行了动力失效分析,并利用本文提出的应变能响应分析方法考察了网壳结构动力失效时的特征.通过网壳杆件进入塑性比例、杆件进入塑性程度、结构关键节点位移等随加速度幅值的全过程响应分析探讨了结构的破坏形式;并结合动力破坏指标,进一步讨论了不同初始条件下网壳结构的动力失效模式,揭示了结构的动力失效机理.结果表明:拉索的布置形式有效增强了双向网格型单层柱面网壳结构的延性,网壳结构破坏前即使在经历了深刻的塑性发展后仍可保持稳定状态,直至全截面进入塑性杆件数量的突增使结构刚度明显降低,结构发生倒塌破坏.     

基于损伤可识别性的传感器优化布置方法

为了满足结构健康监测和损伤识别的要求,提出了一种以损伤可识别性与模态可观测性相协调为目标的传感器优化布置方法.考虑损伤导致的结构响应变化,由结构运动方程推导出了结构响应与振型和损伤灵敏度之间的解析关系式.根据Fisher信息熵原理,建立了同时包含模态独立性信息和损伤灵敏度信息的目标函数.利用奇异值分解技术,发展了以Fisher信息矩阵最大和条件数最小为准则的迭代算法.算例分析表明,所提方法有效地克服了基于模态可观测性和基于损伤可识别性的传感器优化布置结果存在的差异,利用其优化结果进行的损伤识别比单一目标的结果具有更高的精度.     

天津于家堡大跨度单层网壳结构设计与分析

天津于家堡综合交通枢纽站房屋盖采用单层网壳结构,南北向跨度为144,m,东西向跨度为81,m,矢高为25,m,是目前国内跨度最大的单层网壳结构.基于仿生学设计理念,建筑造型模仿贝壳形状和纹理,焊接箱形杆件沿空间螺旋线交织布置.结合于家堡大跨度单层网壳结构,详细介绍了该单层网壳的结构设计和布置形式,并对其稳定性能和动力特性进行了研究,为大跨度、非规则单层网壳结构设计提供工程参考.     

铝合金双层网壳结构的抗震性能分析

以双层球面网壳为研究对象,分析了结构随参数变化的自振特性.采用Newmark积分法对其进行地震时程响应分析,研究了铝合金与钢双层网壳结构在竖向地震荷载作用下节点的位移响应及杆件的轴力响应.研究结果表明,铝合金双层网壳与钢双层网壳在结构相同情况下,其自振特性基本相同.而地震荷载引起的位移响应,铝合金双层网壳要略大于钢双层网壳,但铝合金双层网壳的杆件轴向应力远小于钢双层网壳的杆件轴向应力,因此用铝合金取代钢材是可行的.     

斜拉网格结构的风振响应分析

在简要介绍脉动风荷载的生成及拉索的多单元有限元模型的基础上,采用随机振动的动力时程法计算某斜拉网格结构的风振响应,并进行了参数分析。计算结果表明,与无拉索的网格结构相比,斜拉网格结构的脉动响应较小。在斜拉网格中考虑拉索本身风振与不考虑拉索本身风振,结构的风振响应差别较小。拉索的脉动响应主要与其所处的位置有关。     

基于曲率模态差和小波变换的网架损伤识别

采用一种基于曲率模态差和小波变换的损伤位置识别方法,对网架结构中常见的正放四角锥网架、两向正交正放网架、两向正交斜放网架、三向网架和蜂窝型三角锥网架进行了损伤识别,以结构损伤前后的曲率模态差作为小波变换的分析信号,对其进行db3连续和离散小波变换,确定杆件损伤位置。数值分析结果表明,在仅测得一阶模态的情况下,应用曲率模态差和小波变换相结合的方法可以对网架的单个损伤位置和多个损伤位置进行有效识别。     

大跨度空间网格结构节点损伤识别定位

为检测大跨度空间网格结构状况,对大跨度空间网格结构的节点损伤识别定位进行了研究,提出了适用于大跨度空间网格结构节点损伤识别的两步定位法.利用模态曲率变化比进行节点损伤的初定位,识别出损伤节点所在的子结构;以此子结构为研究对象,利用杆端应变模态变化比对节点损伤进行准确定位.以天津奥林匹克中心体育场屋盖结构为计算模型进行了节点损伤识别的定位模拟,结果表明,模态曲率变化比对节点损伤比较敏感,在节点发生较小程度损伤时便能将其所在的子结构准确地定位;杆端应变模态变化比能够准确地识别节点损伤的确切位置;从而验证了节点损伤两步定位法对大跨度空间网格结构的节点损伤识别定位的适用性和有效性.     

环境温度影响下基于频率协整的在线损伤识别

频率作为结构损伤特征参数,在实际工程中容易测得且具有较高的测量精度,但同时也常常受到外界环境和运营条件变化的影响,导致在时间序列上的非平稳,给实际工程的健康监测和损伤判别带来了干扰.为解决此问题,引入计量经济学的协整概念,通过非平稳序列的线性组合得到平稳序列,将因环境因素变化导致的结构特征参数非平稳问题转化为平稳问题.首先,详细介绍了ADF(augmented Dickey-Fuller)检验和EG(Engle-Granger)两步法检验,检验结构特征参数的非平稳阶数并计算协整系数;然后,以一个简支梁为例验证了结构频率序列之间的协整关系,给出了环境温度影响下基于频率协整的在线损伤识别步骤;最后,用预应力钢筋混凝土梁与钢桁架简支桥的算例验证了所提方法的有效性和鲁棒性.     

随机翻滚动能杆对典型目标结构的高速侵彻特性

针对随机翻滚动能杆毁伤元在特定交会条件下着靶姿态对典型目标结构的侵彻能力特性影响,考虑杆条随机翻滚因素,采用三维空间分布参数的Poncelet侵彻理论改进模型,并采用LS-DYNA三维程序软件,对不同入射角、不同翻转角的动能杆对目标结构的毁伤过程进行分析,分析了杆条翻滚对目标结构的侵彻特性影响,得到了随机翻滚动能杆侵彻目标的毁伤规律.通过试验数据对比,验证了理论的正确性.      

平板网架-悬索桥的自振特性分析

利用空间网架结构刚度大而悬索结构刚度较低的特点,提出采用网架结构代替常规悬索桥的加劲梁,构成平板网架-悬索桥.探讨相应结构的受力特征,并以108国道陕西和山西交界的禹门口黄河公路120 m的悬索桥为实例,建立整体结构的分析模型,利用ANSYS有限元软件对该结构体系进行自振特性的分析计算,得到该桥型的横向、竖向、纵向、扭转以及耦合振动的频率和振型.分析结果表明,由于索、杆和空间网架结构的共同工作效应,使得这种体系的整体刚度好,抵抗变形能力强,动力性能优越.     

施威德勒型球面网壳结构非线性稳定分析

在有限元线性屈曲分析基础上,采用有限元非线性分析理论对施威德勒型球面网壳结构的整体稳定进行了全过程分析.应用弧长法求解非线性方程,得到了该球面空间网壳结构整体稳定的全过程荷载-位移曲线,为此类网壳的设计和分析提供了有价值的参考.     

城市环境噪声的高空监测值与地面网格测值间定量关系的探讨

目前,我国确定城市环境噪声常采用地面网格点测值,再求其能量平均。该方法工作量极大。本文就城市环境噪声的高空监测值与地面网格测值间的定量关系作了理论推导。其结果与所进行的实验数据相符合。论文表明,用有限几个高空监测值来替代众多的地面网格点测值是可能的。     

考虑损伤累积效应的单层球面网壳动力稳定

为了揭示强震下单层网壳结构的动力失效机理,从考虑材料损伤累积效应的角度出发,基于塑性应变和能量损耗理论建立应变-损伤弹塑性本构关系,提出将B-R运动准则和杆件塑性应变能密度曲线结合起来,作为结构动力失稳的判断标准.应用动态增量(IDA)法,对一Kiewitt-8型单层球面网壳结构进行地震作用下动力稳定分析,得出考虑材料损伤累积效应将显著降低结构的动力稳定临界荷载等结论,为该类结构震后修复和抗震性能的评估提供依据.     

桥梁健康监测中的损伤特征提取与异常诊断

针对桥梁健康监测的应用 ,提出了一种基于统计模式识别技术的结构异常诊断方法 .由正常结构实时监测动态响应形成状态判断的数据基 ,通过序列相似分析将未知状态结构的响应信号与正常结构数据基进行环境/运营条件归一化 ;然后根据动态参数模型残差分析提取结构损伤特征 ,进而通过统计分析进行结构异常诊断和损伤定位 .与基于模态频率变化的方法相比 ,该方法具有更高的损伤识别能力 ,并能较好地克服实测数据离散性和环境与运营条件影响带来的困难 .通过三跨连续梁的数值试验验证了该方法的有效性