在役钢结构数值模型与承载性能分析方法研究

Based on theoretical analysis, model test and inspection and appraisal of the existing steel structure, and according to the characteristics of the existing or in-service steel structure, the member importance and the inspection sampling method are going to be investigated. The principle for onsite inspection sampling will be proposed. An inversion algorithm for obtaining the overall geometric system of an existing steel structure by limited measured data will be developed. The formula of the member importance factor and the classification method will be put forward. After investigating the generating mechanism and the distributing characteristics, the imperfection and the damage in a steel member will be described with some parameters and a new mechanical model with imperfection and damage will be developed. Based on the overall geometric system obtained by the inversion algorithm and the new mechanical model of the member with imperfection and damage, a simplified method for establishing the overall mechanical model of an existing steel structure will be proposed and a model updating method based on health-monitoring data will be also developed. For the time-depending variable loads on the existing steel structure, a characterizing variable load model will be established. Based on the characteristics of the existing steel structure and the time-depending load, the nonlinear analysis method for tracing the overall load-deflection path and the safety evaluation standard will be investigated, and the improved method and standard for the safety evaluation will be proposed. Based on current software, the algorithm will be programmed.

本项目基于理论分析、模型试验及实际结构检测评定,针对在役(既有)钢结构,研究构件(节点)重要性特征及检测抽样方法,提出适于在役钢结构检测抽样的原则及方法;提出根据有限实测数据形成结构整体几何位型的反演算法;提出改进的构件重要性系数公式及不同重要性的分类与判定方法;研究在役钢构件缺陷及损伤的成因与分布,提出主要缺陷及损伤的参数表征方法,建立有缺陷及损伤钢构件的力学模型;基于反演计算的结构整体几何位型及有缺陷及损伤构件的力学模型,提出建立在役钢结构整体计算模型的方法以及根据健康监测数据修正结构力学模型的方法;针对在役钢结构主要活荷载的时变特征,建立在役结构主要可变荷载的特征模式;根据在役钢结构荷载与结构特点,研究荷载及作用累积效应及结构性能时变效应的非线性分析方法,研究在役钢构件(节点)承载安全性的评定标准,提出在役钢结构承载安全性的评定方法与标准;基于现有软件平台,编制相应数值计算模块。

在役钢结构在使用过程中会产生且累积不同程度的损伤与缺陷，这些累积的损伤会导致结构承载性能降低甚至可能发生倒塌。但目前国内外对既有钢结构检测与评定方法的研究相对较少。本项目基于理论分析、模型试验及实际结构检测评定,针对在役(既有)钢结构,研究构件(节点)重要性特征及检测抽样方法，本项目先后提出了适于在役钢结构检测抽样的原则及方法；提出了根据有限实测数据形成结构整体几何位型的反演算法；提出了改进的构件重要性系数公式及不同重要性的分类与判定方法；研究在役钢构件缺陷及损伤的成因与分布，提出了主要缺陷及损伤的参数表征方法，建立有缺陷及损伤钢构件的力学模型；基于反演计算的结构整体几何位型及有缺陷及损伤构件的力学模型，提出了建立在役钢结构整体计算模型的方法以及根据健康监测数据修正结构力学模型的方法等等。针对在役钢结构主要活荷载的时变特征,建立了在役结构主要可变荷载的特征模式；根据在役钢结构荷载与结构特点,研究荷载及作用累积效应及结构性能时变效应的非线性分析方法，研究在役钢构件(节点)承载安全性的评定标准，提出了在役钢结构承载安全性的评定方法与标准；基于现有软件平台，编制了相应数值计算模块。.对于既有网格结构的几何位形推算方法研究，引入了考虑节点位置相关性的随机场理论，提出了基于概率图模型的马尔科夫随机场模型。基于随机场理论所提出的概率框架可以有效地评估既有网格结构的稳定承载力，马尔科夫随机场模型可以准确地预测单层网壳中的几何缺陷。.对于既有网格结构的损伤识别研究，提出了基于残余力分解法的既有结构损伤识别方法。还提出了基于时间序列模型的损伤识别方法。.对于既有钢结构构件与节点重要性计算与分类方法研究，针对构件，提出了一种基于应变能的构件重要性分类方法；针对节点，基于优劣解距离法，提出了一种计算节点重要性的方法。