基于位移灵敏度的结构损伤静力识别方法

结构损伤识别是当前的研究热点,但有关静力识别方法的研究较少.对静力平衡方程求导得到位移对单元损伤的一阶灵敏度,进而得到结构损伤前后位移改变量与单元损伤系数的线性关系式.据此提出一种结构损伤静力识别的三阶段方法,即先对静力测试的加载模式进行优化,再根据非负二乘解定位损伤单元,最后基于迭代收敛解提取已定位单元的损伤系数.加载模式的优化基于遗传算法,并以线性方程组病态程度最低为优化目标.某平面桁架的数值算例表明,所提方法能够很好地对加载模式进行优化,在高噪音情况下也能有效识别结构损伤.     

索杆张力结构刚度监测的静力位移扩展法误差控制策略

贡献模态法是一种适用于既有索杆张力结构刚度监测的静力位移扩展方法。为了提高静力位移的测试精度，提出一种针对每一阶贡献模态广义位移进行专门测量的误差控制策略。采用蒙特卡洛法分析贡献模态广义位移的误差上界分布规律，发现贡献模态广义位移越大其估计误差上界越小。以最大化指定荷载某阶贡献模态的广义位移作为优化目标，采用Jaya算法寻找包含该阶贡献模态的最优测试荷载(包括作用位置和大小)。将最优测试荷载施加于实际结构进行静力测试，得到最优测试荷载作用下该阶贡献模态广义位移的估计值，再采用间接测量的方式进一步计算出指定荷载作用下该阶贡献模态的广义位移。针对指定荷载各阶贡献模态依次展开测试荷载优化以及广义位移间接测量，可实现指定荷载作用下静力位移的测试及其误差控制。某索穹顶数值分析结果表明，文中方法可以大幅降低竖向荷载作用下静力位移的测试误差上界，从而为索杆张力结构的挠度校核、模型修正、预应力识别等后续工作提供较多的高质量测试数据。     

索杆张力结构静力位移的近似模态表达与间接测量

预应力贡献的几何刚度和材料贡献的线弹性刚度共同构成索杆张力结构的整体刚度,但既有结构中往往存在不可忽视的预应力偏差、甚至构件损伤,它们可能使结构刚度退化甚至失效.作为柔性结构,索杆张力结构的刚度性能应当被重点监测.而对控制荷载(工况)作用下既有结构的变形进行测量,是评价结构刚度是否发生变化的一个有效手段.但工程实践中一般很难对控制荷载进行大规模且精确加载,因而需要对结构变形进行间接测量.本文发现在给定荷载模式下,索杆张力结构的静力位移总是可以近似表示为少数相同模态(即贡献模态)的线性组合,结构参数变化对静力位移的影响主要体现在贡献模态线性组合系数的变化上,因此既有结构静力位移的监测问题可以转化为贡献模态组合系数的测量问题.本文还发现,通过测量某些满足一定条件的简单荷载所产生的位移,可以间接计算出控制荷载所对应的贡献模态组合系数,从而提高控制荷载所产生变形的测试效率.某Geiger索穹顶算例验证了静力位移近似模态表达式的准确性,以及基于简单荷载的静力测试来间接测量控制荷载所产生变形的可行性.     

中大震下大跨度双层柱面网壳的倒塌机理

以7个不同长度、厚度及支承方式的100m跨度双层柱面网壳模型为对象,分析地震作用下结构薄弱区域各类杆件的受力特点、失效原因及整体结构的倒塌机理.通过弹性反应谱法分析发现,双层柱面网壳距支座约1/4跨度处的杆件在非抗震设计工况及抗震设计工况下的最不利内力存在较大差异,且小震验算并不能使这些杆件的截面得以调整,这是该处形成薄弱区域的原因.薄弱区域各类杆件的地震内力与地震动分量及振型密切相关,其中弦杆(或腹杆)的内力由X(或Y)向地震动分量及首阶X(或Y)向水平振型提供绝对贡献.对结构进行7度大震和8度中、大震下的弹塑性时程分析发现,各模型塑性发展直至倒塌的特征总体相同,均为薄弱区域部分腹杆先形成沿网壳纵向的受压屈曲带,而后因内力重分布进一步在网壳中形成新的屈曲带,最终致使该类柱面网壳在跨度方向形成机构而倒塌.建议可以利用对薄弱区域的弦杆、腹杆内力起主要贡献的地震动分量和振型对结构进行针对性加强,以实现此类结构"大震不倒"的设防目标.     

索杆张力结构静力位移场快速测量

提出一种新的静力位移扩展方法来快速测量索杆张力结构的静力位移场. 在特定荷载作用下,实际结构的静力位移可以近似表示为少数贡献模态的线性组合. 在此基础上,提出一种迭代策略来优选测点位置,以无偏估计贡献模态的组合系数,从而快速获得完整的静力位移. 针对结构模态不完全正交却被用作基向量的问题,引入主成分分析法来论证用结构模态代替自由度空间基向量的有效性. 以某200 m跨环形张力罩棚结构为例进行数值分析. 结果表明,所提方法具有较高的扩展精度,在加载点很多但贡献模态较少的荷载工况下能有效减少测点数量,从而大幅提高静力测试效率. 主成分分析结果表明,结构模态包含自由度空间完整的正交基信息,说明利用结构模态的线性组合来表示静力位移是有效的.     

基于跨模型模态应变能指标的网架结构损伤定位

提出新的模态应变能指标来定位具有较大识别规模的网架结构损伤. 所提指标不仅改进了表达式,还引入了跨模型模态应变能的概念. 与传统模态应变能仅利用损伤结构的模态振型不同,跨模型模态应变能同时利用未损结构和损伤结构的模态振型. 定性分析与蒙特卡洛分析均表明,与传统模态应变能相比,跨模型模态应变能受测量误差的影响较小. 针对某392杆网架结构的数值分析表明,指标表达式的改进对所提指标抗噪性能的提升起主要作用,而跨模型模态应变能的引入有利于进一步改善所提指标的鲁棒性. 所提指标比传统指标具有更强的抗噪能力,更适用于具有较大识别规模的网架结构损伤定位;选取较多的模态参与计算有利于增强所提指标的抗噪能力.     

考虑隅撑作用的简支檩条设计研究

简支檩条的常规设计不考虑隅撑对檩条的作用,但隅撑与檩条的连接是客观存在的,隅撑对檩条的受力会产生影响.本文分析了隅撑对檩条的两种作用,即隅撑对檩条的支承作用和附加作用力,并指出隅撑作用下简支檩条的受力分析应当考虑活载不利布置以及各种不同的隅撑附加力工况.算例计算表明,考虑隅撑作用的简支檩条内力变化较大,常规设计偏不安全.     

基于VMD-SVD联合降噪的网架结构模态识别北大核心CSCD

为减少测量噪声对网架结构模态识别的不利影响,提出基于变分模态分解(VMD)和奇异值分解(SVD)联合降噪的随机子空间(SSI)模态识别方法.首先,以整体正交系数最小作为优化目标,利用鲸鱼优化算法获取VMD所需的最优K、α参数.基于K、α最优值对响应信号进行VMD后,根据各分量频谱曲线的光滑程度来筛选被激发的有效模态分量.其次,在进一步对有效模态分量进行SVD后,将其叠加以得到降噪后的重构信号.最后,采用SSI法对重构信号进行模态识别.某三自由度体系的仿真分析和某3m×3m平板网架的模型试验均表明,本文方法具有良好的降噪效果,可以筛选有效模态分量和提高模态识别精度.     

基于优化阶跃激励的索穹顶密集模态测试方法

针对索穹顶模态频率分布密集的特点,以经典的稀疏时域法（STD）为例,解释此类常规方法进行结构密集模态识别精度低的原因.为了提高识别精度,配合模态识别的时域法,提出基于优化阶跃激励的密集模态测试方法.该方法通过优化激励的布置和大小,增强结构自由振动中待识别模态的贡献且同时抑制邻近模态的贡献,采用遗传算法来寻求最优激励模式.利用Geiger索穹顶算例来考察方法的有效性.分析结果表明,优化阶跃激励可以使密集模态识别问题转化成为孤立模态识别问题,采用该方法可以有效提高索穹顶密集模态的识别精度.     

银川机场航站楼钢结构风振分析

对银川机场扩建工程中的航站楼主楼钢结构的风致振动效应进行了分析.简述了该建筑风洞试验的风压分布特点.采用基于里兹向量的振型分解频域法进行结构风振计算.分析了该结构的风振效应的数值和分布特点,发现平均风荷载较大区域(靠近来流区域)的风振系数相对较小,而平均风荷载较小区域(远离来流区域)的风振系数反而大.结构的平均风效应和脉动风效应并不完全符合分布相似的特点,因此在设计时简单地采用统一风振系数的做法,将不能有效反映结构的实际风致振动效应.