基于柔度分解的张拉整体结构损伤识别研究

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张拉整体结构作为一种新型的空间网格结构,外形别致,自重轻盈且常忽略不计,以拉索或者链条作为受拉杆件以满足受拉杆件连续布置、材料强度高、自重轻等优点,以钢材或者其他复合材料作为受压杆件以满足受压杆件离散布置、材料性能高等优点,且张拉整体结构中每个节点都仅与一根压杆相接触。将受拉杆件和受压杆件相协调布置,可以最大程度发挥张拉整体结构的荷载承受能力。建筑物在服务周期中不可避免会出现材料局部损伤、结构构件老化等各种类型的状况,将明显对结构物的服务周期的安全性、可靠性和长久些产生负反应。因此为了避免结构物重大事故的发生与出现及减少不必要的人员财产损失,开展基于柔度分解的张拉整体结构损伤分析具有重要场面意义,且符合绿色建筑生产要求。在Matlab平台开展张拉整体结构有限元数值模型的编制,以有效累加方式考虑结构物每个单元体刚度贡献,张拉整体结构的总刚度由结构物单元体几何刚度和线刚度组成。接着推导张拉整体结构的刚度关联矩阵。刚度关联矩阵作为张拉整体结构的固有特性矩阵,不论损伤是否发生,都不会发生变化。然后开展受损张拉整体结构和完好张拉整体结构的动力学方程运算,并辅以齐次化处理,通过结构物特征方程分别求解得到受损张拉整体结构和完好张拉整体结构的振型和频率,同时以矩阵化运算获得张拉整体结构的柔度变化量矩阵。最终凭借张拉整体结构的柔度变化量矩阵与柔度关联矩阵的关系,来可逆化得知受损张拉整体结构的受损柔度信息矩阵,受损柔度信息矩阵里面的元素即为受损张拉整体结构的损伤信息,以此来知晓受损张拉整体结构的受损位置和受损程度。为验证基于柔度分解的可靠性及考虑张拉整体结构空间维数,依次对张拉整体结构平面梁开展单一构件损伤分析和噪声误差影响分析,对张拉整体单胞结构开展两个相邻构件损伤分析和两个不相邻构件损伤分析,对张拉整体结构空间梁开展三个构件多重复合响应研究,各自数值结果依次证实了基于柔度分解的损伤识别方法可靠性。基于柔度分解法的张拉整体结构损伤研究的最大亮点是推导张拉整体结构刚度联系矩阵,且不需要迭代运算及具有精度良好的研究结果。不管张拉整体结构受损伤严重程度,基于柔度分解法可以准确把握张拉整体结构受损状况,显示了基于柔度分解法的优越性,完善了张拉整体结构理论基础,具有一定的工程应用价值。
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