【摘要】：螺栓球節(jié)點(diǎn)是空間結(jié)構(gòu)常見的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)。節(jié)點(diǎn)是空間結(jié)構(gòu)受力較為集中的位置,一旦損傷失效,將導(dǎo)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(diǎn)在應(yīng)用過程中,不可避免的面臨著一些問題,例如:在設(shè)計(jì)方面,螺栓球節(jié)點(diǎn)常被作為鉸接節(jié)點(diǎn)計(jì)算,而它實(shí)際是一種“半剛性節(jié)點(diǎn)連接”,降低了設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性;在安裝方面,可能存在假擰、高強(qiáng)螺栓擰入深度不足等問題;在使用過程中,螺栓球節(jié)點(diǎn)連接可能存在緊固螺釘丟失、螺栓松動(dòng)、桿件套筒松動(dòng)等問題;在監(jiān)測方面,螺栓從節(jié)點(diǎn)內(nèi)部將桿件和螺栓球相互連接在一起,在外部難以對(duì)其檢查和監(jiān)測。這些問題導(dǎo)致由于節(jié)點(diǎn)損傷引發(fā)空間結(jié)構(gòu)發(fā)生事故的概率,遠(yuǎn)高于桿件損傷。但是,目前針對(duì)空間結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的研究,大多集中在對(duì)桿件損傷的識(shí)別,很少有針對(duì)螺栓球節(jié)點(diǎn)連接狀態(tài)的損傷識(shí)別研究。本文針對(duì)空間結(jié)構(gòu)螺栓球節(jié)點(diǎn)連接,提出了基于壓電阻抗技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的損傷識(shí)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(biāo)與結(jié)構(gòu)損傷的關(guān)系。然后,利用數(shù)值模擬方法驗(yàn)證阻抗指標(biāo)與螺栓球節(jié)點(diǎn)連接松緊程度的相關(guān)性;最后,以一個(gè)正放三角錐型平板網(wǎng)架模型為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)空間結(jié)構(gòu)螺栓球節(jié)點(diǎn)連接損傷試驗(yàn),基于提出的損傷識(shí)別方法,實(shí)現(xiàn)了螺栓球節(jié)點(diǎn)連接損傷的定性、定位和定量的識(shí)別。具體研究內(nèi)容如下:(1)基于壓電阻抗理論推導(dǎo)壓電陶瓷(PZT)片耦合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的電導(dǎo)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(jī)械阻抗及PZT片的機(jī)械阻抗推導(dǎo)出PZT片的電導(dǎo)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(hào)的變化能直接反應(yīng)結(jié)構(gòu)機(jī)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(luò)的空間結(jié)構(gòu)螺栓球節(jié)點(diǎn)連接損傷識(shí)別方法。首先,建立螺栓球節(jié)點(diǎn)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(biāo)(導(dǎo)納)與螺栓球節(jié)點(diǎn)連接松緊程度的相關(guān)性,即證明了所提出損傷識(shí)別方法的可行性;然后,詳細(xì)介紹了該分步損傷識(shí)別方法的步驟:(1)通過導(dǎo)納譜的變化確定損傷的發(fā)生;(2)定義導(dǎo)納子頻段均方根偏差(RMSD)為損傷指標(biāo),利用其確定損傷位置;(3)基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定損傷程度。該方法能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測,可用來識(shí)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(shí)別準(zhǔn)確率高、結(jié)果可靠等優(yōu)點(diǎn)。尤其適合于空間結(jié)構(gòu)螺栓球節(jié)點(diǎn)連接的損傷監(jiān)測。(3)以一個(gè)正放三角錐型平板網(wǎng)架模型為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)損傷試驗(yàn),證明了提出的損傷識(shí)別方法能實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)連接損傷的定性、定位及定量識(shí)別。具體內(nèi)容如下:(1)在100kHz-300kHz范圍內(nèi)對(duì)貼于結(jié)構(gòu)的PZT片進(jìn)行激勵(lì),提取螺栓球節(jié)點(diǎn)連接損傷前后的導(dǎo)納譜,通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)導(dǎo)納的峰值大小及峰值所在頻率點(diǎn)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(duì)不同損傷位置,構(gòu)建12種損傷工況;選取部分工況,對(duì)PZT片進(jìn)行激勵(lì),根據(jù)提取的導(dǎo)納曲線的子頻段RMSD值,最終選取200kHz-220kHz為阻抗敏感頻段;針對(duì)12種損傷位置工況(GK1-GK12),在敏感頻段范圍內(nèi)對(duì)PZT片進(jìn)行激勵(lì),提取電導(dǎo)納譜,分析并對(duì)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(duì)其影響較小,即通過RMSD可以判斷螺栓球節(jié)點(diǎn)連接的損傷位置。(3)基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)螺栓球節(jié)點(diǎn)連接的損傷程度進(jìn)行識(shí)別;針對(duì)螺栓球節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)8種松緊程度工況,每種工況反復(fù)試驗(yàn)20次,并提取導(dǎo)納數(shù)據(jù)。任意選取部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,其余試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測試。測試結(jié)果顯示:BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)成功的識(shí)別出了所有測試樣本的損傷程度�；贐P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的空間結(jié)構(gòu)螺栓球節(jié)點(diǎn)連接損傷識(shí)別方法能夠準(zhǔn)確識(shí)別螺栓球節(jié)點(diǎn)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(zhǔn)確性。
【圖文】：

第 1 章 緒論1.1 引言空間結(jié)構(gòu)的建造被認(rèn)為是一個(gè)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(fù)雜，應(yīng)用也日益廣泛，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也趨向復(fù)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(jì)性好，抗震性良好、使用時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種大型體育場館、航站樓、火車站、會(huì)議廳、展覽廳等公共建筑中[1]，如巴倫西亞會(huì)議中心（圖 1.1），日本福岡體育館（圖 1.2），米蘭貿(mào)易會(huì)展中心（圖 1.3），上海世界博覽會(huì)場館，北京奧運(yùn)會(huì)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(rèn)為是一個(gè)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(fù)雜，應(yīng)用也日益廣泛，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也趨向復(fù)雜化、智能化。空間結(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(jì)性好，抗震性良好、使用時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種大型體育場館、航站樓、火車站、會(huì)議廳、展覽廳等公共建筑中[1]，如巴倫西亞會(huì)議中心（圖 1.1），日本福岡體育館（圖 1.2），米蘭貿(mào)易會(huì)展中心（圖 1.3），上海世界博覽會(huì)場館，北京奧運(yùn)會(huì)北京主場館“鳥巢”（圖 1.4）等。
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU317

【參考文獻(xiàn)】

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4 邵志學(xué);石立華;張琦;;混凝土超聲檢測技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[J];振動(dòng).測試與診斷;2012年03期

5 金衛(wèi)民;楊秋偉;趙衛(wèi);;結(jié)構(gòu)損傷診斷的改進(jìn)靜力方法[J];機(jī)械強(qiáng)度;2012年02期

6 楊佑發(fā);熊麗;陳遠(yuǎn);;基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的框架結(jié)構(gòu)損傷多重分步識(shí)別[J];建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2011年01期

7 陳淮;何偉;王博;李靜斌;;基于頻率和振型攝動(dòng)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法研究[J];工程力學(xué);2010年12期

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9 紀(jì)衛(wèi)紅;宋玉普;梁冰;;基于模態(tài)分析的網(wǎng)架損傷識(shí)別[J];沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年02期

10 王正君;譚憶秋;陳鳳晨;張洪祥;;超聲檢測灌注樁混凝土抗壓強(qiáng)度的研究[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2008年01期

本文編號(hào)：2589054