面向索桁架结构的温度响应分析及因素耦合研究

摘要

当前针对温度作用下索桁架结构力学响应和影响因素耦合分析的研究较为缺乏．如何实现连续动态分析温度作用对结构力学性能的影响并给出合理的补偿措施，成为提高大型索结构服役期工作性能的关键．本文以索桁架结构为研究对象，提出了温度响应分析方法，并研究多影响因素的耦合关系．首先，根据索桁架试验模型设计了温度作用工况和力学响应的采集机制．以索力实测值作为评估有限元仿真模型精度的指标．通过修正结构设计参数建立了高保真的有限元仿真模型，获取各类温度作用下的力学响应．在仿真分析的基础上建立可靠的数据集，提出了基于卷积神经网络的温度响应预测方法．在神经网络中建立温度作用与力学响应之间的数据映射关系，实现连续动态分析．基于神经网络得到了最不利的温度作用位置和具体工况．其次，为了进一步给出温度作用下的补偿措施，进行了随机森林驱动的影响因素的耦合分析．在此基础上进行了最关键因素的参数分析，得到具体的响应规律．研究结果表明，所建立的有限元仿真模型计算误差控制在3%以内，可以精准有效地分析温度作用下的力学响应．基于卷积神经网络的温度响应预测方法实现了结构力学响应的连续动态分析，分析时间成本降低了27.8%．针对本试验模型，最不利的温度作用工况为连续8跨升温37℃．适当提高预应力水平是改善温度作用下结构工作性能的最佳补偿措施．

关键词

索桁架结构 / 温度作用 / 力学响应 / 影响因素 / 补偿措施