某异形拱桥模态分析与有限元模型修正

以某异形拱桥为工程背景,对其进行了环境振动试验,利用频域法进行了模态参数识别,获得了前8阶模态;建立了该桥的全桥三维有限元模型,通过参数灵敏度分析选取待优化参数,以频率误差百分比平方和最小为目标函数,基于实测模态数据对有限元模型进行了模型修正。修正后参数取值合理,频率误差明显减小,得到了符合实际的基准有限元模型。     

基于子结构的大型桥梁有限元模型修正方法

实际桥梁结构的整体有限元模型修正时自由度和单元数量较多,待修正参数多,有限元模型修正精度和效率低。为了提高有限元模型修正的效率,提出基于子结构的有限元模型修正方法。子结构方法是化整体分析为局部分析的方法,与直接修正大型桥梁有限元模型相比,子结构方法只需要计算每个子结构少量低阶模态,得到整体结构的特征解及特征解灵敏度,形成模型修正的目标方程和灵敏度矩阵,进而缩短模型修正时间。将基于子结构的模型修正方法用于怒江特大桥主桥(上承式钢桁拱桥)有限元模型修正,结果表明:修正后桥梁的前10阶频率与桥梁的模拟实测频率值相吻合,且模型修正时间仅为传统整体方法的56%。     

基于环境振动试验的洞庭湖大桥主塔模型修正

桥塔是影响大跨径桥梁动力特性的重要部分之一,该文以洞庭湖大桥岳阳侧桥塔为研究对象,对其进行了环境振动试验,利用频域法进行了模态参数识别,获得了前6阶频率。建立了桥塔的梁单元、梁-实体单元有限元模型,并对模型计算结果进行了比较。选择梁-实体单元模型作为初始有限元模型,采用灵敏度方法进行了模型修正。修正后参数取值合理,频率误差明显减小,误差均小于3%,表明修正后的参数与实际值接近,得到了符合实际的岳阳侧桥塔基准有限元模型。     

连续刚构桥动力特性参数识别与有限元模型修正

以东营黄河公路大桥——大跨预应力混凝土连续刚构桥为对象,首先利用ANSYS建立了全桥的三维有限元模型并进行了理论模态分析;并应用频率分解方法(FDD)和特征系统实现算法(ERA)分析了该桥所安装的健康监测系统采集的加速度响应数据,进行了桥梁动力特性参数识别;最后,在所建立的初始有限元模型和识别的实际桥梁动力特性参数的基础上,采用模型修正的方法,得到了该桥修正的有限元模型。研究结果表明,通过该桥监测系统采集的加速度数据可以较好地识别其模态参数,所识别的模态参数可作为结构动力特性修正的依据;修正后的有限元模型能更真实地反映结构的动力特性,模型修正的结果较好地反映了实际桥梁的物理特性。该模型可以作为该桥梁长期健康监测与状态评估的基准模型。     

TBD234V6柴油机曲轴动态特性研究

利用有限元软件对TBD234V6曲轴进行了自由条件下的有限元模态分析,同时为获取准确的结构响应信息,对曲轴进行了试验模态分析并利用N-Modal软件识别各阶模态参数。通过对模态频率、模态振型与模态相关性三者的比较分析,验证了所建立曲轴三维有限元模型的正确性,并在此基础上完成了对有限元模型的修正,修正后的模型比原分析模型具有更高的精度。     

时变温度下某吊杆拱桥结构的模态试验与分析

针对时变环境温度对实际桥梁结构的动力特性影响问题,进行了试验研究。首先,对某一吊杆拱桥模型进行了长期动力测试,通过模态参数识别,得到了该结构在不同温度下的前6阶频率、阻尼比和振型;其次,采用测试模态参数,利用子结构方法对该拱桥模型进行了有限元模型修正;再次,将结构的测试模态参数与修正后有限元模型的动力特性进行了比较分析;最后,通过回归分析,建立了环境温度与结构频率的关系模型,并利用该模型建立了测试结构在完好状态下的置信区间,从而利用该置信区间对测试模型结构的性能进行了诊断。研究发现:测试结构的频率随环境温度的升高呈下降趋势,而测试结构的阻尼比、振型对环境温度的变化并不敏感。     

基于试验数据的大跨度拱桥有限元模型修正

为了获取菜园坝长江大桥的基准有限元模型,结合Kriging代理模型和一种改进的粒子群优化算法,利用荷载试验数据对其初始有限元模型进行修正。首先,叙述模型修正和Kriging模型基本理论,在基本粒子群算法中引入交叉变异计算,提出一种改进的粒子群算法,并通过测试函数对改进的粒子群算法进行验证;其次,简要介绍菜园坝长江大桥荷载试验、荷载试验结果及初始有限元模型;最后,根据敏感性分析选定6个待修正参数,通过试验设计得到频率和位移关于修正的参数的样本,并建立有限元模型的Kriging代理模型以预测结构响应;以频率和位移的试验值和计算值残差为目标函数,分别利用基本粒子群算法和改进的粒子群算法在修正参数的设计空间内寻找目标函数的最小值,并对比分析模型修正的结果。结果表明：测试函数表明改进的粒子群算法具有较好的稳定性和成功率,并能获得更为精确的优化结果;建立的Kriging代理模型均方根误差较小,可以替代有限元模型预测结构频率和位移;经过模型修正,菜园坝长江大桥前5阶频率计算值与试验值相对误差均控制在5%之内;除个别测点外,位移相对误差均控制在10%以内;相比基本粒子群算法,改进的粒子群算法获得了更小的目标函数值,修正后的频率和位移的相对误差更小。     

车柳河大桥基准有限元模型的建立

在建立桥梁结构有限元模型时,所建的有限元模型与结构的真实情况不可避免地存在着差异。要建立精确的有限元模型,必须利用大桥现场环境振动测量值得到一组结构实测模态参数,用以作为有限元模型修正的基准。利用有限元分析软件ANSYS的优化功能,对桥梁结构进行模型修正,修正后有限元模型的动力特性更加趋近于实桥环境振动的实测值。修正后的结构有限元模型可以作为大桥损伤监测和整体性评估的基准。     

钢筋混凝土桥梁结构动力有限元模型修正

在建立桥梁结构有限元模型时,所建的有限元模型与结构的真实情况不可避免地存在着差异。要建立精确的有限元模型,必须利用大桥现场环境振动测量值得到一组结构实测模态参数,用以作为有限元模型修正的基准。利用有限元分析软件ANSYS的优化功能,对桥梁结构进行模型修正,修正后有限元模型的动力特性更加趋近于环境振动实测值。修正后的结构有限元模型可以作为大桥损伤监测和整体性评估的基准。     

桥梁结构模态参数的时频域识别

为在时频域内识别桥梁结构的模态参数,针对HHT(Hilbert-Huang Transform)方法识别桥梁结构模态参数中存在的端点效应、模态混叠以及频率识别与阻尼识别相互耦合现象,应用带通滤波和扩展随机减量法对HHT方法进行改进,建立了一种基于现代信号时频域分析的桥梁结构模态参数识别方法,然后基于MATLAB平台,编制了桥梁结构模态参数时频域识别程序,并以某吊拉组合桥梁全桥模型试验为例,利用实测数据对所提方法进行验证。结果表明,该方法能正确识别出模型桥梁的前11阶竖向自振频率、前6阶阻尼比以及前3阶模态振型;阻尼比的识别结果为0.2%~2%;识别结果与有限元模型修正后的计算结果相差不大。所提方法能正确、有效地在时频域内识别桥梁结构的频率、阻尼及模态等参数。     

桥梁结构有限元模型的仿射-区间不确定修正

为获得桥梁结构的基准状态，考虑测试和结构参数的不确定性，将区间分析、仿射算法引入响应面有限元模型修正方法中，建立了一种新的桥梁结构有限元不确定模型修正方法。在讨论结构特点及力学行为的基础上，选择了待修正结构参数和结构响应后，采用均匀试验设计方法获得试验样本，同时结合多样本的有限元分析，采用F检验法得到结构响应的显著性参数。基于有限元模型修正的响应面方法，构建结构的响应面替代模型后，引入区间分析算法的自然拓展，将响应面模型拓展为区间响应面函数，同时采用仿射算法解决区间分析的区间扩张问题，构建桥梁结构有限元模型的仿射-区间不确定修正方法，并采用遗传算法进行区间优化求解。另外，针对区间响应面有限元模型修正的具体需求，提出了区间响应面函数的两步验证方法。用斜拉桥振动台模型桥梁在不同工况下的测试模态参数和斜拉索索力，对其进行有限元模型的不确定修正，实现了实测响应与有限元计算响应间误差的最小化。区间响应面函数的两步验证证实了参数修正范围和结构响应的有效性和正确性，修正后结构纵向、横向、竖向的一阶，二阶频率以及索力的实测响应均在计算响应范围内。验证结果表明：所提有限元不确定模型修正方法，能有效实现桥梁结构有限元模型的修正。     

混凝土斜拉桥动力有限元建模与模型修正

为建立准确可靠的混凝土斜拉桥动力基准有限元模型,对1座大比例(1∶15)Ⅱ形截面主梁混凝土斜拉桥试验模型进行了模态测试,分别采用单主梁模式、三主梁模式、梁壳模式和实体模式建立了斜拉桥的初始动力有限元模型;以实测数据为依据,采用基于灵敏度的模型修正技术分别对以上初始有限元模型进行了修正,将修正前后的动力特性计算值与实测数据进行对比,讨论了不同模式建模方法的计算精度和模型修正效果,以及有限元建模的误差来源和模型修正的相关问题.结果表明:初始有限元模型计算误差主要是由建模误差和参数误差引起的;梁单元模型在建模方面有局限性,应根据不同的结构特点和分析目标建立相应的有限元模型;模型修正应与试验相结合,对引起有限元模型计算误差的各种因素进行全面的考虑,正确处理,才能得到符合实际的基准有限元模型.     

时变温度下某拱桥的状态诊断

在时变温度下,利用结构模态参数对桥梁结构状态诊断进行试验研究。通过对某拱桥模型进行长期动力测试,并对测试加速度信息进行模态参数识别,得到该模型在不同温度下前4阶的频率、阻尼比和振型。利用测试数据对该拱桥模型进行有限元模型修正,将结构的测试动力特性与有限元计算结果进行比较,分析该结构动力特性随温度的变化规律,建立环境温度与结构频率的关系模型,并利用该模型对测试模型的结构性能进行诊断。本文所提出的结构状态诊断方法能有效判别时变温度下该拱桥模型结构是否产生损伤,也为实际桥梁结构状态诊断提供了一种有效思路。     

基于响应面法的桥梁动力学有限元模型修正

针对动力学频率测试中模型的试验值与理论值误差较大的问题,结合大型桥梁缩尺模型试验,采取基于响应面法的有限元模型修正技术,获取了符合结构本真状态的有限元动力修正模型.选取二次多项式作为响应面函数的数学模型,在修正参数的显著性分析和中心复合试验设计基础上,运用最小二乘法对试验设计的样本空间数据进行拟合,以目标达到法为迭代标准,得到了自锚式悬索桥响应面的显示函数关系,并直观地给出典型响应的空间曲面模型.R2和RMSE指标验证结果表明:经修正后各阶频率峰值误差明显降低;除横向二阶频率外,其余各阶频率修正效果理想,基频最小误差仅为0.96％;基于响应面法的有限元动力模型修正准确可靠;经修正后的有限元模型可作为结构再分析的基准模型.     

基于响应面方法的桥梁静动力有限元模型修正

提出了一种基于响应面方法的桥梁静动力有限元模型修正技术,并成功地应用到了常德市白马湖公园虹桥的有限元模型修正当中.利用结构静载位移和振动频率等现场实测静动力响应,构造联合静动力的结构有限元模型修正的目标函数,在相关指标灵敏度分析的基础上筛选待修正参数,并利用响应面方法拟合桥梁静动力响应的代理模型.最后利用响应面替代模型(Meta-model)对该桥进行有限元模型修正,使得桥梁响应的实测值与计算值达到较好的吻合程度,经过修正后的有限元模型能够反映该斜拉桥的静动力特性,可以作为该桥的基准有限元模型.     

既有钢管混凝土拱桥的有限元模型修正

有限元模型修正技术最早应用于航空和机械领域,用于自动修正结构模型使数值模型和试验模型相匹配。在过去的十年里,有限元模型修正技术已经被引进到土木工程领域。在既有桥梁的工作状态和使用安全评估中,需要建立能够精确模拟结构目前工作状态的有限元模型。该文以一座既有的钢管混凝土拱桥为例,在参数灵敏度分析的基础上,以结构设计参数为修改参数,构造联合频率和挠度的目标函数,借助ANSYS的优化设计功能对该桥的有限元模型进行修正。修正后模型计算结果和实际测试结果更加接近,其中跨中挠度的最大相对误差只有6%,频率的最大相对误差为9%。修正结果表明:这种联合静动力的模型修正方法物理概念清楚,能充分利用静动力测试数据,经过修正后的有限元模型能够反映该桥的实际工作状态。     

基于BP神经网络的桥梁有限元模型修正

为了提高桥梁检测中对于桥梁健康状况评定的准确性,为桥梁的加固设计与长期健康监控提供依据。本文建立了用于修正桥梁有限元模型参数的BP神经网络程序,该BP神经网络程序利用了MATLAB软件实现,通过使用MIDAS CIVIL软件建立原始模型并将计算所得到的不同修正参数组合下的挠度计算值作为样本,对神经网络进行训练并对修正参数的实际值进行预测。由实测挠度值、修正前计算挠度值与修正后计算挠度值对比分析的结果可知,修改后的桥梁有限元模型挠度计算值介于实测值与修正前桥梁有限元模型计算值之间,修正后的相对差值大多小于10%,是原来相对差值的一半左右。BP神经网络对于修正参数的预测准确度高,桥梁有限元模型的精确性得到了提高。本文使用的桥梁有限元修正方法简单可靠,计算效率高,易于在工程实践中实现,为桥梁有限元模型的修正提供参考。     

面向桥梁工程的响应面技术在有限元模型修正中的应用探讨

以某一桥梁模型为对象,基于响应面模型的损伤识别法对桥梁结构的模型进行优化求解,采用D最优设计进行桥梁结构模型修正,选择时域和频域特征参数作为拟合响应面输出。利用design expert 8.0软件进行方差分析,对参数进行显著性检验,剔除样无关变量,对剩余参数进行回归分析拟合二次多项式响应模型。研究结果表明:通过响应面技术对初始有限元模型进行修正,对比修正值与实测值的频率取值与实测值趋于一致,频率相对误差值在1%以内,挠度修正误差在2%以内,修正精度满足实际使用要求。     

基于参数分析的子结构有限元模型修正技术

基于子结构有限元模型修正技术,借助通用有限元计算程序,通过对四渡河大跨度悬索桥结构进行敏感参数分析,确定受力敏感参数,分别建立有限元模型修正应变及频率目标函数,采用动静力法对离散后的索塔、主缆等子结构模型进行修正,通过对比分析实桥应变、频率及挠度的实测值与理论值,验证了修正效果的有效性。研究过程发现:大跨度悬索桥结构的受力特性主要取决于主缆,主缆的计算参数取值对计算结果有着重大影响;而吊索、索塔及加劲梁等相比显得并不十分敏感;基于参数分析子结构有限元模型修正过程是先总后分再总,修正过程快捷迅速,其有效性在实桥中得到了很好的验证,修正后的模型可用作后续计算研究的基准模型。     

基于环境激励和子空间技术的自锚式悬索桥结构模态参数识别

结构模态参数的准确获取是自锚式悬索桥静力计算、抗风和抗震分析的重要基础。借助振动测试设备,在自锚式悬索桥加劲钢箱梁内记录了加劲梁多个测量点在环境激励下的振动响应时程,采用基于参考点的随机子空间技术开展了模态参数识别,获得了主跨350 m自锚式悬索桥的振动频率、振型和阻尼参数。试验结果与有限元分析对比表明,子空间识别技术能获得实际桥梁振动模态,而有限元分析存在明显不足,需要基于试验结果开展有限元模型修正。