桁架结构损伤预测方法初探

综合运用模态曲率变化量与模态应变能变化率,提出了桁架结构损伤预测的方法。首先,应用ANSYS有限元软件建立梁式桁架的模型,分析其位移模态并模拟其损伤,并通过分析桁架上下弦的模态曲率变化量预测损伤区域。其次,计算损伤区域内杆件的模态应变能变化率,并将应变能变化率较大的杆件认定为损伤单元。数值模拟结果表明,该法可准确定位梁式桁架的损伤部位。     

基于小波分析的网架结构杆单元损伤检测研究

网架是以杆单元作为主要构件的结构,节点损伤信息无法反映损伤杆单元的真实位置。采用单元损伤信息作为杆单元损伤位置判定的参数,结合杆单元损伤前后的应变模态差,建立了杆单元应变模态损伤识别方法。损伤表现为信号局部特征的改变,而小波分析在时域和频域上都具有表征信号局部特征的能力,故将杆单元损伤前后应变模态差作为结构损伤指标,应用小波变换对网架损伤杆单元进行定位。将该方法应用于一个正放四角锥网架结构的杆单元损伤识别,结果表明,该方法在低阶模态下就能较准确地定位网架结构中单一或多个损伤的位置。     

基于残余力向量法的桁架结构损伤识别

提出一种基于残余力向量理论的桁架结构损伤识别方法。先由灵敏度分析求出桁架结构刚度联系矩阵,再由刚度联系矩阵将损伤后的刚度摄动矩阵展开成对角矩阵,结合残余力向量方程得出由刚度联系矩阵表示的新的残余力向量方程。由新方程可以得到各杆单元刚度的改变量,即可识别出桁架结构的受损杆单元位置及其损伤程度。最后以某桁架结构模型进行数值仿真分析。分析结果表明,该方法具有计算简单,计算量小等优点,仅需要损伤后第一阶模态参数,就可以识别出结构的损伤情况,并且测量精度较高,对于实际工程具有一定指导意义。     

损伤对张弦桁架结构弹塑性动力稳定的影响

损伤是由结构构件材料内部微观缺陷的不断扩展引起并最终导致结构工作性能的降低乃至破坏.为了分析张弦梁上弦桁架杆单元损伤对结构弹塑性动力稳定性的影响,本文利用最小耗能原理建立并推导了考虑损伤影响的上弦桁架杆单元结构平衡方程,并应用有限元分析软件ANSYS分析了地震荷载作用下损伤对结构动力性能的改变.通过计算分析,揭示了损伤的影响是张弦梁结构设计中值得考虑的不利因素.结构损伤随着地震强度的升高而增加,并最终使得位移曲线出现了分支,表明损伤给结构动力稳定带来了不利影响.     

应变模态在桁架结构损伤识别中的研究

对平面桁架结构的损伤识别进行了研究。首先从桁架节点位移推导了应变模态的计算公式,然后通过有限元软件建立桁架结构数值模型,采用一阶应变差识别指标对桁架发生单处和多处构件损伤进行损伤定位。结果表明了一阶应变差识别指标在平面桁架结构中损伤定位的可行和有效。     

基于应变模态差的索桁架-索网结构损伤识别

应变模态差法多用于刚性结构的损伤识别,而较少用于柔性结构。索桁架-索网结构是柔性组合结构,该结构通过预应力索提供刚度,结构损伤的主要因素是索的损伤和预应力损失。基于有限元模态分析提取结构损伤前后的应变模态差作为损伤识别指标,应用应变模态差法对索桁架-索网结构进行计算分析。结果表明:索单元发生损伤后,通过应变模态差能够准确地识别索不同位置的损伤,同时对小损伤(损伤程度10%)较敏感;得出应变模态差与损伤程度的关系曲线,该曲线在不同工况下能够很好地判断索单元损伤程度;利用应变模态差能够识别出索的预应力损失的位置,并可大致判断损失程度;验证应变模态差损伤识别方法可以较好地用于索桁架-索网结构的损伤识别。     

基于频响函数与主成分分析的网架结构损伤检测方法研究

为了研究网架结构杆单元的损伤检测方法,对网架结构在瞬时激励下的损伤检测进行了数值模拟分析和试验分析。为了判断网架结构的损伤杆件位置,选取合适的激励方式,设置了两种不同的工况进行分析,分别提取了结构在损伤前后的时域信号,运用频响函数和主成分分析进行数据处理,选取频响函数向量夹角作为结构损伤指标。数值模拟分析时,提取了结构全部节点的时域信号用来判断损伤杆单元的位置;试验分析时,在基于节点应变能系数的传感器优化布置方法的基础上,提取少量节点的时域信号,分两步逐渐缩小所要检测的损伤范围,最终确定损伤杆单元的位置。数值模拟分析和试验结果显示基于频响函数与主成分分析的损伤检测方法可以准确判断损伤的杆单元的位置。     

大跨度空间网格结构的损伤定位

本文建立了基于模态曲率法和人工神经网络技术相结合的、适用于大跨度空间网格结构的损伤定位新方法,即首先应用模态曲率法判断结构是否发生损伤并识别发生损伤的局部结构,然后对发生损伤的局部结构利用人工神经网络技术识别损伤的准确位置。通过分析和比较发现,以模态曲率为基础的损伤参数比较适合于大跨度空间网格结构的损伤定位,三种以模态曲率为基础的损伤定位参数按有效性进行排序,从低到高依次为模态曲率、模态曲率差、模态曲率变化率;针对天津奥林匹克中心体育场大跨度悬挑管桁结构进行了不同损伤状况的数值模拟,验证了所建立的损伤定位方法的适用性和有效性。研究结果表明:利用模态曲率变化率识别损伤发生的大致位置,当单榀桁架发生损伤时,识别的准确率达到100%,当多榀桁架同时发生损伤时,识别的准确率达93.7%;采用人工神经网络技术识别损伤桁架的准确损伤位置时,在无测量噪声影响下,损伤定位的准确率达到97.0%,且测量噪声对损伤定位准确率的影响很大。     

基于应变差值类影响线的桁架损伤识别

面向基于静力测试数据的结构损伤识别问题,发展一种基于应变差值类影响线来识别损伤的方法,该方法利用事先规定应变测量单元的桥梁结构在单位移动荷载作用下的应变影响线,通过差值、求导计算,提出以应变差值、一阶导和二阶导影响线作为损伤指标的损伤诊断方法,一点测量多点激励,直接对所得影响线图进行观察即可准确定位损伤。本文分别以钢桁梁桥和星海跨海悬索大桥主桁架简化模型为例,分析了距离损伤杆远近不同的腹杆做测点识别损伤的效果,结果表明:该方法可以有效识别桁架腹杆损伤。     

圆形平面二维可展结构方案探讨

本文研究的对象是由多折杆单元构成的双层圆形平面二维可展屋盖结构。且将多折杆单元中的“杆”以三种桁架形式代替,建立了三种结构方案,进行静力计算分析,并对其结果进行比选,得到了较优的结构形式,给出适用的工程建议。     

单元模态应变能变化率对框架结构的损伤诊断

对具有一定程度损伤的框架结构来说,模态位移动力检测指标难以有效地反映结构的损伤状况。为了提高诊断效率和诊断结果的可靠性,采用结构损伤的单元模态应变能变化率方法构造框架结构损伤定位的识别指标。通过对一个典型框架结构的数值模拟研究表明:该方法仅需低阶模态参数,无论是单一位置损伤、对称部位损伤、轻微损伤,还是多种损伤共存,均具有损伤定位的能力;且在一定噪声水平下具有较强的抗噪能力。给出根据损伤单元模态应变能变化率值的大小,确定损伤程度的实用方法。     

大庆站房跨层重载桁架稳定承载力研究

大庆西站平面桁架结构跨越两层楼面,结构高度大,承载大,杆件与杆件之间采用刚性连接交织成网状,缺乏有效面外支撑,结构受力非常复杂,存在失稳破坏的风险。为研究大庆西站跨层重载平面桁架的整体稳定性,基于子结构分析法和大位移控制算法对跨层平面桁架结构的非线性稳定承载力进行分析,明确该平面桁架结构的失稳模式和稳定承载力,对结构的整体安全性进行评价。研究表明:跨层桁架的失稳模式表现为半波形面外鼓曲,桁架失稳后表现出"屈曲后不稳定"特性;非线性稳定分析得到的整体稳定系数均大于2,满足规范稳定承载力的要求。     

基于单元应变模态差的网架结构损伤诊断研究

对具有一定程度损伤的网架结构来说,常规的结构有限元分析或实验模态分析得到的位移模态和频率难以有效地反映结构的损伤状况。为了提高诊断效率与诊断结果的可靠性,根据空间杆系结构的受力特点,利用两节点空间铰接杆单元有限元法,由节点位移模态推导出单元应变模态,提出采用结构损伤前后的单元应变模态差作为网架结构损伤定位的识别指标,并以损伤单元应变模态的差值大小确定损伤程度。通过对一个典型网架结构的数值模拟研究表明:该方法能够在低阶模态条件下,有效识别网架结构不同位置和程度的局部损伤;且在一定噪声水平下具有较强的鲁棒性,适用于实际观测条件下的网架结构损伤定位。     

基于模态应变能的结构损伤识别研究

文中应用有限元分析软件ANSYS10.0建立一个平面刚架结构模型。通过有限元模态分析获得未损伤结构与损伤结构的固有频率和振型。应用单元模态应变能法对模型进行损伤定位。结果证明这种方法对于平面刚架的损伤识别是有效的。     

基于动静结合的桁架结构损伤识别研究

相对位移模态而言应变模态在桁架结构损伤识别方面更具优势。基于动态和静态损伤识别指标,提出动静相结合的新识别指标。新指标具有动测法和静测法的优点,能够在一定程度上过滤掉非损伤单元的干扰,较单独使用动态指标和静态指标更准确、更具优势。通过对一桁架结构的单处损伤和多处损伤进行数值模拟,并分别使用动态、静态和动静结合的三种指标进行损伤识别效果的比较,表明新指标更具优越性。针对算例中不同类型的构件同时损伤时,应变差较小的构件不易识别的不足,提出了二次识别或多次识别的解决方法。     

测量模态不完整情况下空间网架结构的损伤识别

空间网架结构杆件数量庞大,自由度数目很多,要测得完整的模态数据有很大的困难。如何利用有限的测量信息对结构的损伤情况进行判断是一个实际的问题。对测量自由度不完整情况下网架的损伤识别,提出了两步法:第一,将测量的振型通过动力扩阶方法得到完整振型,利用模态应变能进行疑似损伤杆件判断;第二,利用最小二乘支持向量机对第一步判断的疑似杆件进行进一步的杆件损伤定位和定量。以一个空间网架结构为模型进行了数值模拟验证,结果表明对于测量模态不完整的网架结构损伤识别本文提出的方法是有效的。     

某大型管桁架结构节点焊缝缺陷分析

近年来建筑结构越来越多采用管桁架结构,管桁架结构在节点处采用杆件直接焊接的相贯节点焊缝,相贯节点焊缝因其复杂性和特殊性,本文以某大型管桁架结构工程相贯节点焊缝的漏焊、焊瘤、夹渣、气孔等施工缺陷,分析其危害性及节点的破坏模式,提出相应的预防处理措施,以供管桁架结构工程的施工及检测提供参考,而确保管桁架结构的安全可靠性。     

某皮带运输通廊钢桁架结构检测和加固处理

皮带运输通廊作为工业建筑中较为普遍的构筑物形式,随着服役时间的增加,不少钢桁架出现变形、节点锈蚀等损伤,存在安全隐患,严重影响正常使用。通过对某皮带运输通廊钢桁架的检测,查出结构的危险点,找出产生隐患的原因,指出此类结构通常所面临的问题,并结合实际问题,制定加固处理方案;在不影响正常使用的情况下,对桁架下弦杆及节点板进行加固处理,加固后通廊构件抗力与荷载效应比值大于1.0,结构安全储备得到大幅提升。     

弦支网架结构体系概念及特性研究

网架结构是较为常见的一种空间结构形式。在传统的预应力网架结构的基础上,引入张拉整体思想,形成建筑效果美观的弦支网架结构。按照网架结构的常用类别定义,给出弦支网架结构的分类形式。对比研究网架结构和弦支网架结构自身的基本特性,提出弦支抽空型网架结构的概念,并对其进行静动力性能分析。结合工程实例,介绍弦支抽空型网架结构的特点和应用情况。