40000字硕士毕业论文基于灰色系统理论的大型钢结构工程损伤识别方法研究

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：40000字

论点：损伤,结构,监测

论文概述：

结构的损伤识别技术是多学科交叉的综合学科，经过几十年的发展，取得了很多的研究成果，但是还有很多尚待解决的问题。本文对灰色应变关联系数法进行了研究，并取得了一定的成果。

论文正文：

第一章引言

1.1研究的目的和意义[国民经济的快速发展为土木工程的大发展提供了广阔的空间。大型土木工程项目不断建设，如大型体育赛事的超大跨度空空间结构、跨海特大桥、现代城市标志性超高层建筑。这些大型重要建筑投资规模大，一般都是重要的公共场所。一旦事故发生，将会带来严重的灾害和人员伤亡，造成巨大的经济损失和极其恶劣的社会影响。然而，在土木工程结构的施工过程中，由于构件质量缺陷、安装误差、环境因素等方面的影响，结构可能会受到不同程度的损坏。此外，在持续数十年甚至数百年的使用过程中，固有缺陷、环境侵蚀、材料老化、荷载效应以及人为或自然原因等不利因素将不可避免地导致结构损坏。但是，如果这些损坏得不到及时发现和处理，积累到一定程度，结构的阻力就会减弱，从而造成整个结构的破坏，引发灾难性事故。
早在1967年12月，美国西弗吉尼亚州213.4米银吊桥的主跨在孔眼处折断了吊环，31辆汽车从桥上摔下，造成46人死亡；1994年10月，韩国首尔汉江上的松顺大桥坍塌，造成32人死亡，17人受伤，主要是因为关节板覆盖了关节裂纹，使得[51号很难探测到裂纹；2004年5月23日，巴黎戴高乐机场2E航站楼倒塌。法国交通部发布调查报告称，由于2E航站楼屋盖与圆形钢结构柱之间的接缝处出现初始裂缝，在长期风荷载作用下，初始裂缝发展为临界裂缝，损伤不断累积，接缝突然断裂，导致航站楼屋盖倒塌事故。2007年8月1日晚，明尼苏达州明尼阿波利斯市一座横跨密西西比河的钢桥倒塌，造成13人死亡。在我国，1999年1月4日，连接綦江县西城区东部的彩虹桥坍塌，造成41人死亡，14人受伤。2001年，宜宾金沙江大桥的短吊杆相继断裂。一些桥面掉进河里，造成两人死亡，两人受伤。断裂的原因是疲劳损伤。2005年3月，辽宁营口一家在建锅炉厂倒塌，造成5人死亡，11人受伤。2005年7月，内蒙古新丰电厂球形网架倒塌，造成2人死亡，7人受伤。灾害的一个重要原因是缺乏对结构健康监测的认识和方法。
及时有效的结构健康监测和诊断是确保结构安全的重要途径。通过对结构的健康监测，可以及时了解结构的工作状态，在结构健康时可以进行合理的维护，在结构损坏时可以及时进行维修加固，从而达到最佳的经济性。

1.2大型钢结构工程健康监测概述
结构健康监测(SHM)是指通过分析包括结构响应在内的结构系统特性，利用现场无损传感技术检测结构损伤或退化。其基本思想是通过测量结构在非常载前后的响应来推断结构特性的变化，进而检测和评估结构的损伤。或者通过连续监测来发现结构的长期退化。
大型钢结构工程健康监测是一个贯穿施工阶段和服务阶段的实时、长期过程。包括健康监测计划的制定、监测点的布置、监测数据的收集、损伤识别、受损部件的加固和修复。大型钢结构的工作监控过程如图1.1所示

第二章结构损伤识别技术研究

2.1概述
结构损伤识别技术是土木工程领域近几十年发展起来的一门新的综合性学科，符合工程实际需要。随着现代传感器技术、信号分析技术、无线通信技术、计算机和信息融合技术的进步，结构损伤识别技术也得到了快速发展。近年来，结构损伤识别技术已被应用于一些主要工程结构的健康监测，以识别、定位和量化损伤，并评估结构的安全性。结构损伤检测技术分为两类:局部损伤检测和整体损伤检测。

2.2局部损伤检测方法
局部损伤检测方法是指利用无损检测技术检测和测量结构的某个部件或部分，以判断被检测部件或部分的损伤状态。对结构进行局部检查，如焊接质量、裂纹位置等。局部损伤检测方法包括超声波法、声学法、红外检测、强度检测法、同位素法、磁粉法、涡流法、泄漏和泄漏检测法、热法、射线照相成像法等超声波检测方法，通过发射探头和接收探头接触结构表面，接收探头可以检测超声波的传播速度、频率、振幅等声学参数。当超声波在介质传播中受到干扰时，可以通过这些参数对结构进行损伤检测。超声波检测的优点是适用范围广、检测厚度大、成本低、速度快、使用方便。声发射损伤检测方法是利用声发射探头将声发射源发出的弹性波转换成电信号，然后放大处理得到一些声发射特征参数。根据这些参数，可以判断材料的内部特性或状态。声发射的优点是灵敏度最高。红外损伤检测方法的主要应用是检测由损伤引起的工程结构的温度变化。当物体内部有缺陷时，物体的热传导会发生变化，导致物体表面的温度分布发生变化。

第三章基于灰色系统的损伤识别理论.........................................31-44
3.1灰色系统理论.........................................31-32
3.2灰色系统预测理论.........................................32-33
3.3灰色关联分析理论.........................................33-37
3.4灰色应变相关系数.........................................37-42 [/BR/] 3.5本章概述.........................................42-44
第4章工程应用.........................................44-64
4.1济南大剧院健康监测概述.........................................44-47
4.2济南大剧院健康监测规划设计.........................................47-56
4.3监测过程和数据结果分析.........................................56-63
4.4本章概述.........................................63-64
第5章结论和展望.........................................64-66
5.1结论.........................................64-65
5.2工作展望.........................................65-66

结论

近年来，结构健康监测一般在大型土木工程中进行。结构健康监测和损伤识别对确保生命安全和减少经济损失具有重要意义。结构损伤识别技术是近几十年在土木工程领域发展起来的一门新兴的综合性学科，符合工程实际需要。损伤识别技术是结构健康监测的核心技术。依靠成熟的数据收集和分析方法，以正确的损伤识别理论为指导，对工程结构的健康状况进行评估。
在综合研究国内外损伤识别技术的基础上，提出了一种基于静态测量数据的灰色应变相关系数法，并利用有限元软件对该方法进行了数值模拟。该方法已应用于济南文化中心大剧院钢结构健康监测工程。结果表明，该结构运行良好，保证了工程的顺利实施。研究结果和结论如下:
1。分析大型结构事故的原因，说明结构健康监测和损伤识别对确保生命安全、减少经济损失具有重要意义；阐述了结构损伤识别技术的研究现状。
2。对各种损伤识别方法进行了研究和分析，重点是基于静态测量数据的损伤识别方法和基于动态测量数据的损伤识别方法。在工程中，监测点是有限的，一般是结合结构的力学特性布置测量点。在整个大型结构中，可能有数百个测量点，但通常一个组件只有几个测量点。基于静态测量数据的损伤识别方法能够很好地满足这些要求，而基于动态测量数据(即总覆盖层)的损伤识别方法需要大量的测量数据才能得到准确的结构响应。静态测量数据精度高，稳定性好，在实际应用中无需外部激励，易于获取。基于静态测量数据的损伤识别方法研究具有广阔的发展前景。