基于监测的空间钢结构健康状态评价体系研究

发布时间：2018-11-18 09:29

【摘要】：对多用于大型公共建筑的空间钢结构进行全寿命周期健康监测具有重要意义。结构健康监测技术在空间钢结构领域的研究一直以来集中于信号的传感、采集、传输与数据统计等方面,缺少数据后期处理分析、把握结构服役状况、获得健康状态综合评价等方面的研究,这相当于只完成了结构健康监测一半的工作。空间钢结构具有平面尺度大、构件数量多、整体性能影响显著等特点,现有结构鉴定标准缺乏针对性的评价指标与体系。本文针对空间钢结构初步建立了基于结构监测的评价指标体系,为空间钢结构提供了一个可行实用的健康状态综合评价方法。本文各评价指标的构造与计算主要基于应力应变、位移挠度、振动频率等基础量测数据。针对空间钢结构长期应力应变监测数据缺失的特点,利用测点应力与温度、测点应力之间的相关关系,根据不同的缺失情况,分季节,分昼夜,通过一元或多元线性回归方法对缺失的应力数据进行插补。数据缺失率在30%以内时,可取的较好的插补效果,误差总体可控制在10%以内。本文提出一种考虑荷载组合作用的基于敏感性分析的构件重要性分析方法,根据综合重要度,确定应布置测点的构件及其评价权重。根据规范对构件强度和稳定性的要求,按照构件受力方式的不同,构造了构件静力性能与稳定性能评价指标:轴向受力构件静力性能强度指标Ics,ba、受弯构件静力性能强度指标Ics,be、轴向受压构件稳定性能指标Icb,ba、压弯构件稳定性能指标Icb,be。根据评价指标值,将构件性能状态分为a,b,c,d四个等级。本文提出了结构整体静力性能、稳定性能、动力性能的评价方法。基于实测的结构挠度值与规范规定的静力挠度限值构造了结构整体静力性能指标为Iss,基于静力修正模型计算的稳定极限承载力构造了结构稳定性能评价指标Isb,基于动力修正模型计算的在地震组合荷载作用下的最大挠度值与规范规定的此挠度限值构造了结构动力性能评价指标Isd。模型修正采用的是利用BP神经网络法优化影响结构相应性能主要参数的方法。根据层次分析法构建了四层级空间钢结构健康状态评价指标体系:第一级为结构健康评价总指标,第二级为构件和结构两大系统指标,第三级为包括结构或构件静力、动力和稳定性的性能指标,第四级为由实测数据直接或间接计算得到的基础指标。构件系统第三层性能指标采用权重比法计算权重系数,采用加权计算法与权重和法进行计算评价。评价体系其余综合指标采用层次分析法,根据各指标的相对重要程度赋予标度值,构造判断矩阵,计算指标权重。利用模糊综合评价方法,选取梯形分布及三角形分布作为隶属函数,合成指标的隶属向量与隶属矩阵,计算模糊评价向量,对向量进行集化分析,计算模糊综合评价指标值。结构健康综合指标评价分为健康、亚健康、不健康、病态四个等级。通过相关算例,演示了评价指标的计算方法以及结构健康状态综合评价过程,表明本文所提出的基于监测的空间钢结构健康状态评价指标体系与评价方法是可行且有效的。并在杭州奥体中心主体育场钢结构屋盖的健康监测项目中进行了工程应用。最后总结了本文研究的不足之处,提出了进一步研究的方向。
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【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU391

【参考文献】

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本文编号：2339645