超高層鋼結(jié)構(gòu)合理剛度的研究項目摘要

超高層鋼結(jié)構(gòu)以彎曲變形為主阻尼小P-△效應(yīng)大，其合理剛度的研究包括常遇和罕遇地震反應(yīng)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(jié)構(gòu)的合理設(shè)計提供一套基本原則，可使這種大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的選型，方案確定減少盲目性，具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益，該英成果不可為結(jié)構(gòu)體系的選擇提供一種有效的判定方法。 2100433B

由于結(jié)構(gòu)構(gòu)成機(jī)理的特殊性，結(jié)構(gòu)剛度是索網(wǎng)、索穹頂?shù)热嵝灶A(yù)張力結(jié)構(gòu)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(yù)張力結(jié)構(gòu)剛度性能評價新思路并開展相關(guān)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(jié)構(gòu)層面區(qū)分線彈性剛度和幾何剛度的貢獻(xiàn)大小，且能定量描述構(gòu)件自身彈性剛度和預(yù)張力對結(jié)構(gòu)整體剛度的貢獻(xiàn)。研究數(shù)值方法用于從結(jié)構(gòu)整體剛度中分離出抵抗結(jié)構(gòu)主控荷載變形的需求剛度分量，并以此作為評價在役期結(jié)構(gòu)剛度性能的重點。為配合動力方法對結(jié)構(gòu)剛度的直接檢測，研究最能體現(xiàn)需求剛度的結(jié)構(gòu)特征模態(tài)的解析方法，并發(fā)展相應(yīng)的傳感器優(yōu)化布置理論。研究基于實測結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識別結(jié)構(gòu)需求剛度損傷的方法，進(jìn)而利用剛度解析理論提出能指導(dǎo)結(jié)構(gòu)剛度缺陷修復(fù)和補(bǔ)償?shù)睦碚摲椒ā?

由諸多因素引起的預(yù)張力偏差容易導(dǎo)致在役期內(nèi)柔性預(yù)張力結(jié)構(gòu)的剛度發(fā)生退化。因此，對此類結(jié)構(gòu)進(jìn)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(guān)鍵剛度為監(jiān)測重點的在役期柔性預(yù)張力結(jié)構(gòu)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(guān)鍵剛度。理論上闡明可通過監(jiān)測少量模態(tài)（目標(biāo)模態(tài)）的參數(shù)變化來評價結(jié)構(gòu)關(guān)鍵剛度的變化。建立了目標(biāo)模態(tài)集合的擴(kuò)展方法以考慮預(yù)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(jié)構(gòu)振動響應(yīng)中目標(biāo)模態(tài)的能量占比，進(jìn)而提高密頻區(qū)域內(nèi)目標(biāo)模態(tài)的識別精度。為保證在役期內(nèi)實際結(jié)構(gòu)關(guān)鍵剛度的監(jiān)測精度，提出了面向?qū)嶋H結(jié)構(gòu)目標(biāo)模態(tài)測試的策略，并給出了一種基于貢獻(xiàn)模態(tài)的振型擴(kuò)展方法。建立了實際結(jié)構(gòu)關(guān)鍵剛度評價的位移指標(biāo)，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(jié)構(gòu)位移的監(jiān)測方法。對于結(jié)構(gòu)關(guān)鍵剛度出現(xiàn)損傷的情況，提出了一種基于模態(tài)修復(fù)的剛度補(bǔ)償方法并給出了一種補(bǔ)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(biāo)模態(tài)測試?yán)碚?、剛度性能評價方法和剛度補(bǔ)償策略的有效性。 2100433B