[发明专利]基于位移形态的钢结构火灾温度场逆向推定方法

权利要求书

1.一种基于位移形态的钢结构火灾温度场逆向推定方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、对火灾后钢结构进行现场勘察，将结构划分成不同区格，将每个区格的几何中心点作为位移特征点并测量位移特征点的位移值：

11)现场勘察火灾后钢结构的几何参数、边界条件、痕迹特征和结构残余特征，通过材性试验确定的火灾后钢结构材料参数；

12)根据现场勘察的痕迹特征和结构残余特征，将结构划分成L个区格，对区格进行编号：1,2,…,L；

13)设定为第l个区格由痕迹特征推测此区格内的预估温度，则结构预估温度荷载向量为第l个区格的温度变化范围为其中设定之间有n个计算温度点，计算步数为n-1，则温度梯度为令

14)在每个区格内选取该区格的几何中心点作为位移特征点，测量每个位移特征点的位移值并记为其中i＝1,2,…,m，m＝L；

2)、根据步骤11)确定的几何参数、材料参数和边界条件建立有限元计算模型；

3)、利用步骤2)建立的有限元计算模型确定单个区格内结构杆件的温度变化与其它区格位移特征点位移之间的温度－位移拓扑矩阵Δ^l

其中，为有限元计算第l个区格温度为时第i个位移特征点的位移值，j＝0,1,…,n-1；

4)、依据位移特征点之间的距离关系计算温度修正权值矩阵Φ：

设为第l个区格的位移特征点的坐标矢量，定义位移特征点i的温度修正权值为

${\mathrm{\β}}_i^l=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{|\stackrel{\→}{s_i}-\stackrel{\→}{s_0}|}/\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\frac{1}{|\stackrel{\→}{s_i}-\stackrel{\→}{s_0}|}\right)& i\≠l\\ 1& i=l\end{array}\right.$

其中，为第i个位移特征点的坐标矢量，x_i,y_i,z_i分别为第i个位移特征点的x,y,z三个方向的坐标值，

令温度修正权值向量则计算不同区格l＝1,2,…,L得到位移特征点温度修正权值矩阵为：

5)、温度场逆向迭代推定

根据步骤3)得到的温度－位移拓扑矩阵Δ^l和步骤4)得到的温度修正权值矩阵Φ计算温度场，具体方法为：

501)令k＝0，k_max＝100；

502)将结构试算温度向量T^(k)施加到有限元模型上，通过有限元计算得到结构m个位移特征点的位移值(i＝1,2,…,m)；

503)令i＝0；

504)如果成立，ε为设定阈值，ε＝0.05，令跳转步骤508)；否则，跳转步骤505)；

505)计算令ξ＝min{γ₁,γ₂,…,γ_n}，在温度－位移拓扑矩阵Δ^l中取出ξ对应的列向量温度令为第l个区格变化时第i个位移特征点所在区格的映射温度；

506)依次令l＝1,2,…,L,进行有限元计算得到不同区格变化时位移特征点i的映射温度令

507)在温度修正权值矩阵Φ中取出第l个区格对应的温度修正权值向量计算第i个位移特征点所在区格的修正温度

${\mathrm{\ΔT}}_i^{\left(k\right)}={\left({\mathrm{\β}}^l\right)}^T(T^{\left(k\right)}-{\mathrm{\δT}}_i^{\left(k\right)})/\left|\right|{\mathrm{\β}}^l|{|}_1$

式中：(β^l)^T为向量β^l的转置，||β^l||₁为向量β^l的1范数，表示向量β^l中全部元素绝对值的和；

508)如果i<m成立，令i＝i+1，跳转至步骤504)，否则，跳转至步骤509)；

509)令计算更新的结构试算温度向量

T^(k+1)＝T^(k)+ΔT^(k)

510)如果k<k_max成立，令k＝k+1，跳转步骤502)，否则跳转步骤511)；

511)输出

2.根据权利要求1所述基于位移形态的钢结构火灾温度场确定方法，其特征在于：所述步骤11)中的痕迹特征，包括现场非结构残留物、防火涂料表面颜色和脱落情况、构件表面颜色及硬度；结构残余特征包括结构整体变形、边界条件、断裂及大挠曲杆件；火灾后钢结构材料参数包括弹性模量、屈服强度及极限强度。