[发明专利]一种外框内筒电视塔结构参数灵敏度快速分析方法及系统

说明书

本发明公开了一种外框内筒电视塔结构参数灵敏度快速分析方法及系统，该方法包括如下步骤：首先确定电视塔结构节点信息、结构的自重参数，建立内筒结构的精确模型，并进一步建立内筒结构的等效模型。此基础上建立电视塔结构的整体模型，形成其质量矩阵和刚度矩阵。建立电视塔外框体系的参数的灵敏度，建立电视塔内筒体系的参数的灵敏度。通过将不同构件灵敏度组合，建立电视塔结构的参数灵敏度分析方法。建立参数变化对电视塔体系频率变化的分析方法，确定参数变化引起的整体结构的频率变化。该方法具有适用范围广、计算简便快捷等优点。

技术领域

本发明涉及空间钢结构安全评估技术，尤其涉及一种外框内筒电视塔结构参数灵敏度快速分析方法及系统，能够实现对电视塔结构参数灵敏度的快速分析，为实际高耸电视塔结构的性能评估提供有效手段。

背景技术

随着我国经济社会发展，电视塔结构得到了迅速发展。电视塔结构是重要的生命线工程，长期在野外恶劣环境下服役，遭受风吹日晒和各种环境效应的作用。因此，这类高耸空间结构在长期服役过程中容易发生损伤累积甚至破坏。近年来国内外多有高耸钢结构损伤破坏的事故，导致了严重的经济损失和次生灾害。因此，国内外非常重视电视塔结构的动力响应分析和性能评估工作，电视塔结构的动力分析方法和健康监测方法均得到了迅速发展。这些方法均需基于结构精确的分析模型，因此有必要开展高耸电视塔结构的模型修正研究。高耸电视塔和其它常规高柔塔架结构如输电塔、通讯塔不同，电视塔结构往往体型十分巨大，结构复杂。同时为了保证电视塔的上下交通，通常需要将电视塔建造成外框内筒形式。外框通常是杆系结构体系，而内筒通常采用钢筋混凝土核心筒形式。因此，外框和内筒的刚度差别很大，建模过程也需要分别采用空间杆系有限元和空间实体有限元方法。

外框内筒电视塔结构的动力特性是反应其外荷载作用下服役性能的重要指标之一，而动力特性则与结构构件的物理参数直接相关，如弹性模量、扭转刚度等。外框内筒电视塔结构中外框和内筒的结构形式完全不同，其有限元分析模型也完全不同，这就对结构体系的灵敏度分析和计算带了很大的麻烦。内筒结构精细建模需采用多节点等参实体单元，其计算过程需进行符号积分运算，因此非常繁琐。这导致电视塔整体结构参数灵敏度分析效率极其低下，对于特别复杂的结构甚至难以分析计算。因此，针对外框内筒电视塔结构的特点，开展参数灵敏度分析方法研究具有重要实际意义。目前参数灵敏度分析方法主要在航空航天、机械、汽车等领域得到了应用，在土木工程领域也得到了一些应用，但是目前尚未见到针对大型复杂电视塔结构的有效地灵敏度分析计算方法和系统。

因此，有必要研究外框内筒电视塔结构的动力特性和服役性能，有必要建立这类结构的参数灵敏度快速分析方法及系统。在确保分析精度的前提下，快速有效地减小有限元建模和灵敏度分析工作量，这可以有效提高电视塔结构的性能评估水平。

发明内容

发明目的：为了克服目前缺乏电视塔参数灵敏度快速分析方法的问题，本发明提供了一种外框内筒电视塔结构的参数灵敏度分析方法及系统，可以实现这类结构参数灵敏度的快速分析，定量精确评定参数变化对结构频率的影响。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种外框内筒电视塔结构的参数灵敏度分析方法及系统，包括以下步骤：

步骤1)确定电视塔结构节点信息、结构的自重参数，建立钢筋混凝土内筒结构的精确模型；

步骤2)建立混凝土内筒结构的等效模型；

步骤3)建立电视塔结构的整体模型，建立系统的质量矩阵M和刚度矩阵K；

步骤4)建立电视塔外框体系的参数的灵敏度分析方法；

步骤5)建立电视塔内筒体系的参数的灵敏度分析方法；

步骤6)建立电视塔结构的参数灵敏度分析方法；

步骤7)建立参数变化对电视塔体系频率变化的分析方法，确定参数变化引起的整体结构的频率变化Δf。