轮辐式索膜结构损伤监测研究

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会轮辐式索膜结构损伤监测研究王廷廷“。3王帆“2‘4吴波“2(1华南理工大学建筑学院．广州五山．5J0640；2华南理工大学弧热带建筑科学田家重点实验室广州510640；3广东省电信规划设计院有限公司，广州，510630；4．广东省建筑科学研究院-广州先烈东路121号，510500)摘要：轮辐式空间索膜结构是一类应用越来越广泛的大跨度空间结构形式。存此娄结构中，拉索是提供预应力及结构刚度的主要构件。使用过程中，由于外界荷载及环境因素的影响，有可能导致拉索产生预应力松弛的现象。虽然预应力的少量损失不会对结构有大的影响．但当该损失达到一定的程度后．结构的

2、性态就会发生明显变化。因此，积极开展轮辐式空间索膜结构中拉索预应力状况的健康监测与损伤识别研究是必要的。本文以轮辐式空间索膜结构为研究对象，考察了温度对结构的影响，并采用通过删世静力位移和索力的损伤识别方法相结合的技术路线，就该类结构中托索的损伤识别问题进行了初步探讨。关键词：轮辐式索膜结构，预应力松弛，损伤监测一、引言随着我国经济的发展和对外交流的需要，各地纷纷建造大型展览中心、体育场馆等大型大跨建筑，它们往往是一个城市的标志性建筑，需要投入极大的人力物力，同时，它们的安全使用也具有重大的经济和社会意义。这些建筑大部分采用了多种形式的空间结构，比如网架结构、网壳结构、张弦梁结构

3、、斜拉网格结构、索膜结构等等。轮辐式空间索膜结构就是其中一类应用越来越广泛的结构形式。在此类结构中，最有可能发生损伤的部位包括：①膜村(含膜与周边构件之间的连接件)、o索体(含索头：插销等组件或部位)、o索之间的连接件以及④索与支承边界之间的连接件等，这些损伤都会使周边某些拉索发生松弛。少量的预应力损失不会对结构有大的影响，但当损失达到一定的程度后，结构的性态就会发生明显变化。因此．积极开展轮辐式空间索膜结构中拉索预应力状况的健康监测与损伤识别研究是必要的。本文以广东省第十二届省运会主场馆一佛山世纪莲体育中心体育场屋盖结构为背景，进行轮辐式索膜结构损伤研究，假设不同的拉索发生程度

4、不同的松弛．考察结构中索力和控制节点坐标随损伤的位置和程度的不同而发生的改变，建立结构反应和损伤之间的对应关系，达到可以通过对世纪莲结构进行有限监测就能满足预警严重损伤的目的。经分析发现，使用过程中的索膜结构由于环境温度变化造成的节点位移以及索力改变非常明显，所以通过监测手段进行结构损伤预警就需要考虑温度的影响因素。二、拉索的损伤识别分析(一)有限元模型的选取本文采用大型通用有限元程序ANsYs进行分析．建立世纪莲体育中心体育场屋盖结构的整体模型(如图1，2所示)。索采用只拉不压的空间杆单元(呲10)模拟，压环采用在空间梁单元(beaI玎4)基础上建立的空间弹性直管单元(pipe

5、l6)模拟。图1屋盖结构俯视图(二)自振特性分析工业建筑2007增刊图2屋盖结构侧视图第七届全围现代结构工程学术研讨会假设单根脊索由于损伤使得内力降低13％，这时在自币作用下与直索卣接相连的内环索节点最大位移已达到25mm，很明显可以龄测出来。计算得剑损伤前后结构的前12阶自振频率及结构的前12阶振型如表1所示。表1结构损伤前后自振频率及振幅比较损协前损伤后频牢(Hz)最大振幅(m)频牢(Hz)最定振幅(m)第一振越O．救)S18n∞}6()6O蜘69550．001666第二振剞O8886570【)014l908H81490“儿42第t振型O894803O002225O89279

6、O．002234第州振犁08948030002225O894795Oo()2218第』工振型1092O．002053l090002192第六振型I092O00205310920咖2052第七妊型i274000207812720∞2422第八振型12740002079l274O．00208第九振型134900019861J3470呻3663第f振型】3490(102088l3490肿2065第卜振型136l000【89313590002934第l一二振型1．36l000I89313610()02049从表I看，结构时十二阶自振频率在拐l伤前后变化不大，振掣变化不明显，拟伤前后各阶最

7、大白振位移均在毫米级单位，内环索节点艟大位移为厘米级，故动位移监测根容易被噪声淹没．无法分辨。故在资金有限的情况下，采用动态测试的方法对本．结构进行损伤分析比较嘲难。(三)损伤识别中的温度影响对空间结构的研究，从研究方向上来看，对地震作用、风荷载研究较多，涉及温度作用的内容较少。我国《建筑结构衙载规范GB5DI】09-200l》对温度作用的取值和组合无具体规定。膜结构的技术规程((cEcsi58：2004)中对于温度作用的取值无明确规定，只是提出对在膜结构设汁中可根钎具体工程予以