优化参数型大跨径悬索桥模型修正方法研究

基于传统参数型模型修正方法,通过将悬索桥主缆划分为多段,并将每段主缆的弹性模量均作为独立的模型修正参数,提出了一种针对大跨径悬索桥有限元模型修正的改进方法——优化参数型模型修正方法。首先,根据对拟定参数的灵敏度计算选定灵敏度较大的参数;然后,进行多次有限元计算求取参数灵敏度矩阵;最后,优化参数识别条件,识别模型修正参数值。依托世界第一大跨径分体式钢箱梁悬索桥——西堠门大桥,建立桥梁结构有限元模型,并采用优化参数型方法进行模型修正。结果表明:修正所得模型各测点误差均小于5%,模型整体和局部响应与桥梁实际状态十分吻合,该方法可推广应用于大跨径悬索桥的模型修正。     

基于动力特性试验的某简支梁桥有限元模型修正

简要论述了基于动力特性试验的桥梁结构有限元模型修正方法,运用该方法,结合某简支梁桥动力特性试验结果对该桥有限元模型进行修正,并采用修正后的有限元模型对该桥自振特性进行计算,其计算频率和振型与实测结果吻合较好,说明修正后的有限元模型能较准确地反映桥梁结构实际工作状态,文中所采取的建模方法及基于动力特性试验的桥梁结构有限元模型修正方法具有实际应用可行性。     

联合模态柔度和静力位移的桥梁有限元模型修正方法

利用商用软件ANSYS提供的零阶和一阶优化算法,通过1个仿真简支梁有限元模型修正算例,比较了不同目标函数的有限元模型修正效果,提出了一种联合动力模态柔度和静力位移的有限元模型修正方法,并将这种方法运用于一座加固后的刚架拱桥的有限元模型修正,建立起了该桥加固后的基准有限元模型。结果表明:利用修正后的刚架拱桥有限元模型计算的静、动力特性与实测结果吻合良好,这种联合静、动力的有限元模型修正方法具有比较好的模型修正效果,修正后的桥梁有限元模型可以服务于桥梁健康监测和安全评估。     

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。     

一种基于元模型的桥梁静动力有限元模型修正方法

针对大型桥梁静动力有限元模型修正问题,提出一种基于元模型的修正方法。首先,对桥梁结构进行子结构划分,并利用人工神经网络算法建立修正参数与结构静、动力特性的关系模型(元模型);其次,分别以桥梁静动力测试结果作为有限元模型修正的优化目标,将桥梁静动力有限元模型修正问题转化为多目标优化问题,从而克服了采用单目标优化时,结构静力特性与动力特性目标之间的权值难以选择的问题;再次,通过元模型建立及多目标优化的方法进行结构有限元模型的修正。最后,利用一座钢管混凝土拱桥的静动力试验实测结果,对所提模型修正方法的适用性进行验证。结果表明:该方法具有较好的精度和适用性,可作为大型桥梁结构静动力有限元模型修正的一种实用方法。     

基于振动频率的响应面模型修正稳健估计法

合理的结构有限元模型是进行结构评估的重要基础.为解决基于响应面法的有限元模型修正存在的多项式阶次选取规则不明和修正结果容易受优化目标质量影响的问题,以某斜拉桥为例,采用基于响应面的有限元模型修正方法,分析了多项式阶次与响应面精度、计算量之间的关系.将稳健估计法引入响应面优化求解过程,提高了基于响应面的模型修正的可靠性....     

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.     

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。     

Kriging代理模型表征混凝土小箱梁典型劣化的有限元模型修正方法

桥梁在运营过程中,由于受到荷载与环境作用,其结构与材料的性能不可避免地产生劣化,运营期间的桥梁状态与设计施工时相应的桥梁状态之间,总会存在一定的差异。以某混凝土小箱梁桥为背景,针对混凝土小箱梁桥的有关典型劣化问题,依据该桥在运营期间通过传感器所测得的数据,采用Kriging代理模型,对桥梁有限元模型进行修正,并通过预设的桥梁典型劣化模式进行验证。结果表明,采用Kriging代理模型方法,使得有限元模型在修正过程中的调用次数有明显的降低,计算效率提高,模型修正结果精度更高,模拟效果较好。该方法可为其它类似桥梁提供借鉴和参考。     

大跨径斜拉桥动力分析基准有限元模型研究

针对大跨径斜拉桥的动力分析特点,研究了基准有限元模型的建立过程和修正策略。通过讨论了恒载初应力效应和几何非线性对大跨斜拉桥动力特性的影响,提出了基于敏感性分析和优化设计原理的有限元模型参数修正方法。并结合工程脉动试验对模型进行修正,结果证明,该方法具有很好的有效性和实用性。     

大跨连续刚构桥箱梁横向温度效应分析

龙潭河大桥是一座高墩大跨径连续刚构桥,其最大跨径200 m,实测了太阳辐射下箱梁截面温度场,采用最小二乘法对实测温差进行回归分析,获得了箱梁竖向温差、横向温差非线性分布的拟合曲线。建立该桥的有限元计算模型,并分析了横向温差的影响。     

基于环境振动测试的润扬斜拉桥索塔的有限元模拟

提出了大跨斜拉桥索塔有限元模型的阶次误差、结构误差和参数误差的分层次修正方法。根据润扬斜拉桥索塔的设计图纸,在索塔有限元模型的阶次误差分析和结构误差分析基础上,确定了索塔单元划分的数目和梁柱节点刚域的计算参数。在此基础上,采用基于灵敏度分析的模型参数修正方法,结合索塔动力特性的测试结果对索塔的初始有限元模型进行了动力修正。模型修正与验证结果表明,索塔模型参数的修正必须考虑梁柱节点刚域的影响以及修正参数的上、下限值约束。修正后的润扬斜拉桥索塔模型能全面、正确地反映索塔结构的动力特性,可作为索塔结构健康监测与安全评估的基准有限元模型。     

南宁大桥弹性稳定分析

南宁大桥为外倾式非对称钢箱拱桥,分别建立全桥的杆系有限元模型和混合有限元模型,对其稳定性能进行分析。计算结果表明,对于薄壁箱形截面构件,采用杆系有限元方法计算的稳定结果偏于不安全,必须考虑其局部稳定的影响,采用混合有限元方法能有效地分析该类构件的稳定性能。     

箱形桥梁内外温差空间效应分析

为研究箱梁内外温差对其抗裂性影响的程度,以苏通大桥辅桥(140 268 140)m大跨径连续刚构桥为对象,采用结构空间分析有限元软件,建立空间整体分析模型,针对箱梁内外温差对抗裂性的影响进行分析,并与相同条件的结构平面杆系有限元分析软件计算结果进行比较。     

基于GPS的南浦大桥动响应监测及刚度损伤预估

为了建立实测动响应与大跨径桥梁健康状况的紧密联系.建立了基于GPS的南浦大跨桥梁结构健康监测系统,提出了基于实测动挠度的整桥刚度损伤预估方法。首先根据桥梁结构仿真计算结果及GPS系统的监测特点,建立了桥梁动态线形变化的实时监测系统;然后根据监测数据分析了桥梁运营过程中的结构动响应分布规律,最后通过有限元迭代的方法,进行了桥梁整体刚度损伤的预估。分析结果表明,提出的南浦大桥GPS监测系统能有效地对桥梁进行关键受力部位的实时在线监测,评估方法建立了实测数据与结构健康状况的紧密联系,为实桥局部损伤定位及维护提供了理论基础。     

鄂东长江公路大桥活载非线性效应与试验分析

为了分析几何非线性对大跨度斜拉桥的活载效应的影响程度,以鄂东长江公路大桥(主跨926m的双塔双索面混合梁斜拉桥)为背景,利用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,分别计算该桥在活载作用下考虑非线性效应与不考虑非线性效应的结构内力及位移,并与全桥荷载试验实测结果做对比分析。结果表明:对于鄂东长江公路大桥这样超大跨度的斜拉桥,活载的非线性计算结果更加符合大跨度斜拉桥的实际响应,线性计算结果误差较大,且偏于不安全。     

大跨度单索面组合箱梁斜拉桥扭转受力分析

采用空间杆系有限元法和剪力流理论分析了东海大桥主航道单索面斜拉桥的组合箱梁扭转受力特性。计算结果表明,成桥运营阶段的主梁扭转剪应力由风荷载控制设计,混凝土桥面板、钢箱梁斜腹板、底板的最大扭转剪应力达到容许剪应力的约30%,在单索面斜拉桥的设计中应当得到重视。     

斜拉桥顺桥向水平振动频率的实用估算方法

研究斜拉桥成桥自振频率,采用双质点法建立顺桥向水平振动分析模型,推导出纵飘计算公式,并将公式进行简化,得到实用估算公式。采用Midas Civil软件用有限元法分别对齐河黄河大桥等建立三维有限元模型,根据成桥阶段模态测试结果,对比分析有限元分析、双质点法、双质点模型估算公式和现场模态测试结果,表明了有限元法能够精确模拟桥梁实际受力状态,而双质点法和估算公式为斜拉桥在方案设计阶段抗震抗风性能的快速判断提供参考。     

混凝土箱梁温度场观测与分析

为了确定适合新疆伊犁地区特点的大跨度钢筋混凝土箱形梁桥的温度梯度模式,以新疆伊犁河大桥施工为工程背景,对大跨度钢筋混凝土箱形梁桥箱梁的温度场进行现场连续观测。采用有限元法,计算和分析基于建桥地区气候特征的钢筋混凝土箱形梁桥的温度梯度模式,并与现场实测温度数据进行比较,计算值和实测值吻合较好。最后利用数理统计的方法,拟合出桥梁施工控制时刻的升温模式和降温模式温度场,并与国内外设计规范中有关温度荷载的规定进行比较,其结果与英国BS5400规范温度梯度模式和我国公路桥涵新规范温度梯度模式较为一致,从而验证了推荐的温度梯度模式的合理性。本分析研究方法及推荐的温度梯度模式对类似桥梁工程的设计和施工具有指导意义。