【摘要】：螺栓球節(jié)點是空間結(jié)構(gòu)常見的節(jié)點連接形式之一,它具有安裝簡單、安裝速度快、施工周期短等優(yōu)點。節(jié)點是空間結(jié)構(gòu)受力較為集中的位置,一旦損傷失效,將導致結(jié)構(gòu)局部喪失承載力,甚至整體坍塌;另一方面,螺栓球節(jié)點在應用過程中,不可避免的面臨著一些問題,例如:在設計方面,螺栓球節(jié)點常被作為鉸接節(jié)點計算,而它實際是一種“半剛性節(jié)點連接”,降低了設計結(jié)果的可靠性;在安裝方面,可能存在假擰、高強螺栓擰入深度不足等問題;在使用過程中,螺栓球節(jié)點連接可能存在緊固螺釘丟失、螺栓松動、桿件套筒松動等問題;在監(jiān)測方面,螺栓從節(jié)點內(nèi)部將桿件和螺栓球相互連接在一起,在外部難以對其檢查和監(jiān)測。這些問題導致由于節(jié)點損傷引發(fā)空間結(jié)構(gòu)發(fā)生事故的概率,遠高于桿件損傷。但是,目前針對空間結(jié)構(gòu)損傷識別的研究,大多集中在對桿件損傷的識別,很少有針對螺栓球節(jié)點連接狀態(tài)的損傷識別研究。本文針對空間結(jié)構(gòu)螺栓球節(jié)點連接,提出了基于壓電阻抗技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡的損傷識別方法。首先,從理論角度分析壓電阻抗技術(shù)中的阻抗指標與結(jié)構(gòu)損傷的關系。然后,利用數(shù)值模擬方法驗證阻抗指標與螺栓球節(jié)點連接松緊程度的相關性;最后,以一個正放三角錐型平板網(wǎng)架模型為研究對象,設計空間結(jié)構(gòu)螺栓球節(jié)點連接損傷試驗,基于提出的損傷識別方法,實現(xiàn)了螺栓球節(jié)點連接損傷的定性、定位和定量的識別。具體研究內(nèi)容如下:(1)基于壓電阻抗理論推導壓電陶瓷(PZT)片耦合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的電導納方程。通過分析SMD系統(tǒng)下結(jié)構(gòu)耦合PZT片的壓電方程、結(jié)構(gòu)的機械阻抗及PZT片的機械阻抗推導出PZT片的電導納方程。由該方程可知:在壓電陶瓷傳感器性質(zhì)穩(wěn)定的情況下,其測得的電阻抗信號的變化能直接反應結(jié)構(gòu)機械阻抗的變化,即結(jié)構(gòu)損傷變化。(2)提出了基于壓電阻抗技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡的空間結(jié)構(gòu)螺栓球節(jié)點連接損傷識別方法。首先,建立螺栓球節(jié)點連接有限元模型,提取其在不同松緊狀態(tài)下的阻抗數(shù)據(jù),證明了阻抗指標(導納)與螺栓球節(jié)點連接松緊程度的相關性,即證明了所提出損傷識別方法的可行性;然后,詳細介紹了該分步損傷識別方法的步驟:(1)通過導納譜的變化確定損傷的發(fā)生;(2)定義導納子頻段均方根偏差(RMSD)為損傷指標,利用其確定損傷位置;(3)基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡確定損傷程度。該方法能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的在線實時監(jiān)測,可用來識別結(jié)構(gòu)初期或微小損傷,且不依賴于結(jié)構(gòu)的有限元建模精度,具有簡單易行、局部靈敏度高、識別準確率高、結(jié)果可靠等優(yōu)點。尤其適合于空間結(jié)構(gòu)螺栓球節(jié)點連接的損傷監(jiān)測。(3)以一個正放三角錐型平板網(wǎng)架模型為研究對象,設計損傷試驗,證明了提出的損傷識別方法能實現(xiàn)對節(jié)點連接損傷的定性、定位及定量識別。具體內(nèi)容如下:(1)在100kHz-300kHz范圍內(nèi)對貼于結(jié)構(gòu)的PZT片進行激勵,提取螺栓球節(jié)點連接損傷前后的導納譜,通過對比發(fā)現(xiàn)導納的峰值大小及峰值所在頻率點均變化。這表征了損傷的發(fā)生。(2)基于壓電阻抗技術(shù)確定損傷位置。針對不同損傷位置,構(gòu)建12種損傷工況;選取部分工況,對PZT片進行激勵,根據(jù)提取的導納曲線的子頻段RMSD值,最終選取200kHz-220kHz為阻抗敏感頻段;針對12種損傷位置工況(GK1-GK12),在敏感頻段范圍內(nèi)對PZT片進行激勵,提取電導納譜,分析并對比各子頻段RMSD值,確定損傷位置。結(jié)果表明貼于連接桿件上的PZT片可以監(jiān)測損傷的發(fā)生,其它位置的損傷對其影響較小,即通過RMSD可以判斷螺栓球節(jié)點連接的損傷位置。(3)基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡對螺栓球節(jié)點連接的損傷程度進行識別;針對螺栓球節(jié)點連接設計8種松緊程度工況,每種工況反復試驗20次,并提取導納數(shù)據(jù)。任意選取部分試驗數(shù)據(jù)對BP神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練,其余試驗數(shù)據(jù)對BP神經(jīng)網(wǎng)絡測試。測試結(jié)果顯示:BP神經(jīng)網(wǎng)絡成功的識別出了所有測試樣本的損傷程度。基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的空間結(jié)構(gòu)螺栓球節(jié)點連接損傷識別方法能夠準確識別螺栓球節(jié)點連接的損傷程度,該方法簡單易行、精度高,迭代次數(shù)少,具有很高的準確性。
【圖文】：

第 1 章 緒論1.1 引言空間結(jié)構(gòu)的建造被認為是一個國家建筑科技水平的重要體現(xiàn)，主要包括網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)及薄殼結(jié)構(gòu)等。隨著建筑科技水平的提升，空間結(jié)構(gòu)形式日益新穎，組成日益復雜，應用也日益廣泛，其結(jié)構(gòu)設計也趨向復雜化、智能化�？臻g結(jié)構(gòu)多采用大量新材料、新工藝、新技術(shù)，并且具有建筑外形優(yōu)美，受力合理、重量輕、經(jīng)濟性好，抗震性良好、使用時間長等優(yōu)點，被廣泛應用于各種大型體育場館、航站樓、火車站、會議廳、展覽廳等公共建筑中[1]，如巴倫西亞會議中心（圖 1.1），日本福岡體育館（圖 1.2），米蘭貿(mào)易會展中心（圖 1.3），上海世界博覽會場館，北京奧運會北京主場館“鳥巢”（圖 1.4）等。

第 1 章 緒論1.1 引言空間結(jié)構(gòu)的建造被認為是一個國家建筑科技水平的重要體現(xiàn)，，主要包括網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)及薄殼結(jié)構(gòu)等。隨著建筑科技水平的提升，空間結(jié)構(gòu)形式日益新穎，組成日益復雜，應用也日益廣泛，其結(jié)構(gòu)設計也趨向復雜化、智能化�？臻g結(jié)構(gòu)多采用大量新材料、新工藝、新技術(shù)，并且具有建筑外形優(yōu)美，受力合理、重量輕、經(jīng)濟性好，抗震性良好、使用時間長等優(yōu)點，被廣泛應用于各種大型體育場館、航站樓、火車站、會議廳、展覽廳等公共建筑中[1]，如巴倫西亞會議中心（圖 1.1），日本福岡體育館（圖 1.2），米蘭貿(mào)易會展中心（圖 1.3），上海世界博覽會場館，北京奧運會北京主場館“鳥巢”（圖 1.4）等。
【學位授予單位】：青島理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU317

【參考文獻】

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本文編號：2589054