[發明專利]一種基于溫度應變的空間鋼結構支座剛度識別方法

有效

• 申請號: 201910894736.0
• 申請日: 2019-09-20
• 公開（公告）號: CN110717287B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 徐杰;馬乾;韓慶華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G01M5/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發明公開一種基于溫度應變的空間鋼結構支座剛度識別方法，包括以下步驟：(1)在結構中與待識別支座相連接的構件處布置可同步采集應變與溫度數據的傳感器；對構件的應變與溫度數據進行采集；(2)對應變與溫度數據進行異常值替換、降噪和下采樣處理，增加數據的可靠性、降低分析樣本數量；(3)對步驟(2)處理過的應變數據進行主成分分析，提取應變數據中的溫度應變分量；(4)根據設計資料建立空間鋼結構的初始有限元模型，其中支座剛度的初始值為其設計值；(5)利用計算溫度應變與結構實測溫度應變之差構造剛度識別指標，通過改變有限元模型的支座剛度值，不斷迭代計算使剛度識別指標值最小，最終得到結構支座的實際剛度值。

技術領域

本發明涉及土木工程中空間鋼結構的支座剛度識別和安全診斷領域，特別是涉及一種基于溫度應變的支座剛度識別方法。

背景技術

支座是網架、網殼等空間鋼結構和下部支承連接的重要構件，為空間鋼結構提供必要的約束，其工作狀態與結構的運營安全密切相關。空間鋼結構在長期服役過程中，受到環境因素和人為因素的綜合作用，導致結構的支座病害頻發。結構支座的損傷最主要的表現就是剛度的變化，例如，施工不良或者荷載超限，導致支座斷裂脫空，剛度減小等。支座剛度改變直接影響結構整體的受力狀態，給結構的安全運營帶來隱患。因此，及時準確識別結構支座的早期損傷，具有重要的工程應用價值。

基于基準有限元模型的損傷識別方法作為健康監測常用方法被廣泛研究，該方法通過對比結構發生損傷時的實際監測數據與基準有限元計算數據之間的差異來識別結構損傷，建立準確的有限元模型是該方法的基礎。但由于結構構件及支座約束的有限元模型不能完全反應結構的真實行為，結構剛度、約束剛度等有限元模型參數與實際參數之間不完全一致，因此有必要通過監測數據對有限元模型參數進行識別和修正。

目前常用的結構剛度識別和數值模型修正方法有兩種，一種是基于振動模態參數的識別方法，另一種是基于結構靜力響應的識別方法。

基于振動的識別方法通過監測結構振動的加速度數據，利用加速度數據進行模態分析獲得結構的模態參數，由于認為結構特征參數(結構剛度、質量等)的改變會直接影響結構的模態參數(頻率、振型等)，進而利用結構模態參數與結構物理參數之間的關系，通過對比使結構監測的模態參數與計算的模態參數相一致，實現結構剛度識別和模型修正。但結構的模態參數不僅與結構本身的屬性有關，而且極易受環境因素的影響；此外，對于大跨度空間鋼結構，其模態參數相互疊加而難以準確獲取、結構振動的輸入激勵不明確、動態監測數據儲存量大等不足之處，極大限制了該方法在空間鋼結構剛度識別當中的應用。

基于結構靜力的識別方法通過對結構施加靜力荷載，監測結構的靜力響應信息，通過對比使結構監測的靜力響應與計算的靜力響應相一致，實現結構剛度識別和模型修正。與基于模態參數的識別方法相比，基于靜力響應的識別方法具有較高精度，受環境因素及噪聲影響較小，但對于空間鋼結構，靜力荷載施加難度較大，不易實現。

受四季更替與太陽輻射等因素影響，空間鋼結構的溫度效應明顯，在正常服役狀態下，溫度荷載為空間鋼結構受到的主要荷載之一。空間鋼結構的支座形式和支座剛度與結構的溫度效應存在明顯相關性，支座剛度變化將導致支座附近桿件的溫度響應發生變化，因此可以通過監測結構溫度響應，對結構支座剛度進行識別。

發明內容

本發明的目的是克服現有基于振動模態參數和基于靜力響應的結構支座剛度識別方法的不足，提供一種基于溫度應變的空間鋼結構支座剛度識別方法，利用與支座相連接構件表面的溫度數據及其在溫度荷載下的應變響應監測數據，對結構的支座剛度進行識別。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于溫度應變的空間鋼結構支座剛度識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)布置傳感器，采集數據：在結構中與待識別支座相連接的構件處布置可同步采集應變與溫度數據的傳感器；對構件的應變與溫度數據進行同步采集；