超高層鋼結構合理剛度的研究

超高層鋼結構以彎曲變形為主阻尼小P-△效應大，其合理剛度的研究包括常遇和罕遇地震反應下合理剛度確定原理和方法以及各種因素的影響等。該項研究成果可為高層和超高層鋼結構的合理設計提供一套基本原則，可使這種大型復雜結構的選型，方案確定減少盲目性，具有十分可觀的經(jīng)濟效益，該英成果不可為結構體系的選擇提供一種有效的判定方法。 2100433B

由于結構構成機理的特殊性，結構剛度是索網(wǎng)、索穹頂?shù)热嵝灶A張力結構在役期性能評價的核心內(nèi)容。本項目提出了一種以需求剛度為監(jiān)測重點的在役期柔性預張力結構剛度性能評價新思路并開展相關的理論研究。以剛度解析理論研究為出發(fā)點，目的是能夠在結構層面區(qū)分線彈性剛度和幾何剛度的貢獻大小，且能定量描述構件自身彈性剛度和預張力對結構整體剛度的貢獻。研究數(shù)值方法用于從結構整體剛度中分離出抵抗結構主控荷載變形的需求剛度分量，并以此作為評價在役期結構剛度性能的重點。為配合動力方法對結構剛度的直接檢測，研究最能體現(xiàn)需求剛度的結構特征模態(tài)的解析方法，并發(fā)展相應的傳感器優(yōu)化布置理論。研究基于實測結構模態(tài)參數(shù)識別結構需求剛度損傷的方法，進而利用剛度解析理論提出能指導結構剛度缺陷修復和補償?shù)睦碚摲椒ā?

由諸多因素引起的預張力偏差容易導致在役期內(nèi)柔性預張力結構的剛度發(fā)生退化。因此，對此類結構進行剛度監(jiān)測是工程中面臨的重要問題。本項目提出了一種以關鍵剛度為監(jiān)測重點的在役期柔性預張力結構剛度性能評價新思路。通過剛度解析分離出了對主控荷載所引起變形起主要抵抗作用的剛度分量，將其定義為重點監(jiān)測的關鍵剛度。理論上闡明可通過監(jiān)測少量模態(tài)（目標模態(tài)）的參數(shù)變化來評價結構關鍵剛度的變化。建立了目標模態(tài)集合的擴展方法以考慮預張力偏差引起的模態(tài)變化。提出了階躍激勵荷載的優(yōu)化方法來增大結構振動響應中目標模態(tài)的能量占比，進而提高密頻區(qū)域內(nèi)目標模態(tài)的識別精度。為保證在役期內(nèi)實際結構關鍵剛度的監(jiān)測精度，提出了面向?qū)嶋H結構目標模態(tài)測試的策略，并給出了一種基于貢獻模態(tài)的振型擴展方法。建立了實際結構關鍵剛度評價的位移指標，并且分別從靜力位移測試和動力模態(tài)測試的角度給出了實際結構位移的監(jiān)測方法。對于結構關鍵剛度出現(xiàn)損傷的情況，提出了一種基于模態(tài)修復的剛度補償方法并給出了一種補張拉索的優(yōu)選策略。通過數(shù)值分析和模型試驗，驗證了本研究所提出的目標模態(tài)測試理論、剛度性能評價方法和剛度補償策略的有效性。 2100433B