高耸塔架结构塔身竖杆法兰联结节点螺栓脱落损伤识别的试验研究

摘要

高耸钢管塔架是一种常见的高耸钢结构型式，为了施工上的方便，钢管塔架结构塔身竖向主杆一般采用法兰螺栓节点连接。
　　 在长期的风力作用下，法兰联结节点的螺栓会发生松动直至脱落的损伤，而这在结构的服役期间很难为使用者所发现，从而很难及时修复。虽然少量的螺栓脱落不会危及钢管塔架结构的安全，但是由于螺栓脱落经常是发生在钢管塔架抗风主要受力的几根塔身竖杆上，因此一方面它会降低整个结构的抗风承载能力，增加结构的风致侧移响应;另一方面当塔身竖杆法兰联结节点的螺栓脱落的数量达到一定数量时，它会使法兰联结节点成为钢管塔架结构抗风的薄弱环节，加速钢管塔架结构在强风来袭时的风致倒塌。为此，及时诊断发现钢管塔架塔身主要受力竖杆的法兰联结节点螺栓脱落损伤发生的位置，并及时进行修复，对于保证塔架结构的安全是十分必要的。
　　 本文建立了一种依据钢管塔架结构风致响应的变化来识别塔架塔身竖向主杆法兰联结节点螺栓脱落损伤发生位置的方法。文中，通过求取法兰节点的实体精细有限元模型的等效梁单元有限元模型的刚度矩阵，将法兰联接节点螺栓脱落损伤用梁单元的抗弯刚度的退化来描述。建立了以有损伤和完好结构塔身竖杆所有法兰联结节点规格化的风致脉动竖向应变响应根方差的改变量的相对值所组成的向量作为损伤指标，并证明了这种损伤指标与风荷载的大小无关，且对塔身竖杆法兰联结节点螺栓脱落损伤的位置具有局域敏感性。据此，本文建立了通过捕捉此损伤指标向量的突变信息来实现对钢管塔架结构塔身竖杆法兰联结节点螺栓脱落损伤发生位置识别的方法，并讨论了测量噪声对损伤指标的影响。最后，通过一个工程实例的仿真分析和一个试验模型的试验研究说明了本文方法的可行性。

目录

声明

摘要

第一章 引论

1．1 课题来源

1．2 课题研究意义

1．3 结构损伤诊断及健康监测研究现状

1．3．1 结构损伤以及损伤检测方法分类

1．3．2 基于动力测试的结构损伤检测方法

1．4 法兰联接节点螺栓脱落损伤诊断的研究现状

1．5 本文的主要研究内容

第二章 高耸塔架结构塔身竖杆法兰联结节点螺栓脱落损伤位置识别的理论和方法

2．1 引言

2．2 塔身竖杆法兰联结节点螺栓脱落损伤指标的确定

2．2．1 法兰联结节点螺栓脱落损伤的等效方法

2．2．2 法兰联结节点风致竖向脉动应变响应根方差对节点螺栓脱落损伤的敏感性

2．2．3 法兰联结节点风致脉动竖向应变响应根方差与风荷载大小成线性关系

2．2．4 塔身竖杆法兰联结节点螺栓脱落损伤识别的损伤指标

2．2．5 塔身竖杆法兰联结节点螺栓脱落损伤发生位置的识别方法

2．3 测量噪声对损伤指标的影响

2．4 本章小结

第三章 高耸塔架结构塔身竖杆法兰联结节点螺栓脱落损伤发生位置识别的仿真分析

3．1 引言

3．2 高耸塔架结构有限元模型的建立

3．2．1 试验模型概况

3．2．2 高耸塔架结构整体有限元模型

3．3 法兰联结节点竖向应变获取方式

3．4 损伤指标的建立

3．5 本章小结

第四章 高耸塔架结构塔身竖杆法兰联结节点螺栓脱落损伤位置识别的试验研究

4．1 引言

4．2 试验测试基本原理和方法

4．2．1 应变片工作原理

4．2．2 应变电测基本原理

4．2．3 采样定理

4．3 试验研究

4．3．1 试验方法

4．3．2 试验工况

4．3．3 试验中获取的应变响应

4．3．4 损伤识别标识量计算结果

4．3．5 损伤识别结果及结论

4．3．6 试验中遇到的技术难题

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢