矩形截面钢结构单肢损伤模拟研究

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1、矩形截面钢结构单肢损伤模拟研究宋世军郝龙龙程录波宋连玉1山东建筑大学济南2501012山东富友慧明监控设备有限公司济南250101摘要：钢结构损伤研究对于钢结构健康诊断具有重要意义，如何模拟损伤部位的损伤前后的变化是钢结构损伤建模的基础。文中提出了一种可用于矩形截面钢结构单肢损伤的模拟方法，并对构建的矩形截面钢结构单肢损伤模拟方法进行了试验验证，矩形截面钢结构单肢损伤模拟方法为钢结构损伤模型的研究打下了基础。关键词：钢结构；矩形截面；损伤检测；模拟方法中图分类号：TH213．3文献标识码：A文章编号：1001—0785(2013)07—0065—04Ab

2、stract：Researchonsteelstructureplaysanimportantroleinthehealthdiagnosisofthesteelstructure．Howtosimulatethechangesofdamagepartbeforeandafterthedamageisthebasisforthesteel-structuredamagemodeling．Thepaperputsforwardasimulationmethodforsin~e—legdamageofrectangularsectionsteelstruct

3、ure，andtheexperimentalverificationforsuchsimulationmethod，whichcanprovidefoundationforresearchonthedamagemodelofthesteelst131c—ture．Keywords：steelstructure；rectangularsection；damagedetection；simulationmethod整模拟矩形截面钢结构单肢损伤部位的模拟方法，0前言其与理想弹性体误差在5％以内，可以用于各种钢由于钢结构体积庞大，为利用物理实验进行结构损伤的物理

4、模拟试验。各类验证，需要建立简易模型或将结构体等比例1矩形截面钢结构减小，而减小后的结构难以利用原构件进行损伤状况模拟。一般地，如结构发生损伤，则损伤部由于工程结构的复杂和庞大以及较大的事故位承受载荷的能力会相应减小，仿真时可等效代危害性，决定了损伤模拟是研究钢结构损伤的主替为刚度减小的构件。要研究形式。如图1所示，以塔式起重机(以下国内学者曾做过关于刚度变化方面的研究，简称塔机)为例，在进行有限元分析时，为了模如在地震研究及冲击振动分析中，利用弹簧实现拟连接部位的松动，一般通过改变某一连接单元刚度变化进行相关研究，杨林的变刚度隔震保护的弹性模量E和，值

5、来达到改变连接位置的刚度装置中所述的装置_1是指在结构底部与基础面间的目的。引入附加弹簧作为变刚度保护装置，从而改进系统的抗震性能。阎维明的主动变刚度阻尼体系的模拟地震振动台试验利用主动变刚度阻尼控制装置，通过电磁换向阀，通路可控的液压缸、导杆、阻尼器等改变弹簧长度，可满足不同强度的地震模拟输入。另外，还有利用其他弹性材料实现刚度变化进行的科学研究。王焕定的变刚度钢管混凝土短柱隔振装置的试验研究以隔振层与结构的挠度变化来模拟地震等级状况的输入。周图1塔机塔身连接有限元分析图文亮的隔振器冲击刚度的试验研究中则利用渐软橡胶进行抗冲击的研究。钢结构损伤程度模拟

6、的实验验证对于钢结构本文提出并验证了一种利用多个弹簧长度调健康诊断具有重要意义。工程结构的复杂和庞大《起重运输机械》2013(7)一65—以及较大的事故危害性致使难以利用实际工程结构进行验证。因此，为验证软件模拟状况下钢结构损伤程度模拟的有效性，需要构建相应的钢结构损伤程度实验模拟方法。2钢结构损伤部位模拟方法及分析如图2所示，下弹簧用于模拟结构的支撑浮动作用，上弹簧用于模拟上下连板间的压缩作用。设上连板为理想刚体，以上连板为隔离体，不考1．连接螺栓2．上弹簧3．上连板4．下弹簧5．下连板虑重力作用，沿螺栓轴线方向建立力的平衡关系图2损伤程度模拟方法示意

7、图1(△Zl一△Z)+F1=2(△f2+△Z)(1)由式(1)可知上连板沿螺栓的轴向位移／／，、＼＼、△f：一．△2，(2)1十21十2饕Al1=L一1(3)Al2=L一2(4)菩IIlIll式中：为连板1承受的载荷，L为自由长度，此处假设上下弹簧自由状态长度相同，为(a)(b)下弹簧预压缩量，△Z为上弹簧预压缩量，△Z为上1．连接螺栓2．上弹簧3．上连板连板沿螺栓的轴向位移，为下弹簧的弹性系数，4．下弹簧5．下连板为上弹簧的弹性系数。(a)矩形截面钢结构螺栓预紧力模拟装置由式(2)可知，当载荷、上下弹簧的弹性系(b)矩形截面钢结构模拟装置俯视图数和，以

8、及下弹簧压缩量不变的情况下，随图3矩形截面钢结构连接松动状况模拟实验装置着上弹簧