高墩连续桥有限元模型更新技术研究

以湖南邵怀(邵阳—怀化)高速公路炉坪高墩大桥为例,引入响应面法,以桥梁振动频率和静力变形为目标更新桥梁有限元模型,并和基于灵敏度的方法进行对比,验证了响应面法有限元模型的计算效率。修正结果表明,响应面法有限元模型以可靠的结构静力响应为目标,将响应面法更新有限元模型发展到结构静力修正有限元模型方面,不仅提高了更新有限元模型结果的计算精度,而且计算工作量较小,其修正过程不完全依赖有限元软件,可提高修正效率。     

基于灵敏度分析的双塔斜拉桥有限元模型修正优化

为了获得精确度更高的桥梁有限元模型，基于静动载试验结构响应数据及参数灵敏度，采用基于灵敏度分析理论和序列二次规划法对苏通长江大桥有限元模型进行修正优化，对比分析研究模型静力位移修正优化、动力频率修正优化和联合静动力修正优化的结果。结果表明：联合静动力优化后的模型结构自振频率更加接近结构实际自振频率、参数变化更合理且结构材料参数更符合成桥阶段的变化。     

基于动静载试验数据的预应力混凝土梁模型修正方法试验研究

为了将有限元模型修正方法引入到预应力混凝土主梁结构性能评估中,首先基于设计图纸,用有限元软件ANSYS建立后张法预应力混凝土T梁和箱梁的有限元模型。而后,综合运用动态加权系数和灵敏度分析的方法,以静载试验竖向挠度以及竖向前5阶自振频率为状态变量,构造目标函数。通过分析目标函数对设计参数的灵敏度,选取灵敏度高的设计参数对模型进行修正,调整了模型的物理参数,使模型计算值与试验结果在合理误差范围内。该方法克服了以往采用单目标函数修正有限元模型的不足,更易找到全局最优解。修正后的有限元模型按照静载试验加载工况进行加载,模拟分析了静载试验加载工况下2榀预应力混凝土梁有限元模型的应变、挠度计算结果,与现场静载试验测试结果相比较,其表明能够用于桥梁结构性能评估,可为类似工程提供借鉴。     

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.     

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。     

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。     

基于灵敏度分析与优化设计原理的大跨桥梁动力模型修正

建立一个满足工程精度要求、反映桥梁力学特性的有限元模型是进行结构健康监测研究的第一步。根据大跨桥梁现场实测的模态数据，采用基于特征灵敏度的优化设计方法对润扬长江大桥斜拉桥进行了模型修正，分析结果为大跨桥梁的结构损伤识别和安全监测工作提供了一定的依据。     

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。     

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。     

宁波招宝山大桥基于模型修正的动力分析

宁波招宝山大桥是曾经严重事故、后经局部拆除加固重建的大型独塔不对称斜拉桥,目前成桥状态十分复杂。为了评估大桥的使用性能和建立桥梁健康监测系统,需要符合实际结构的有限元分析计算模型。在采用精细的有限元模型基础上,以实际测量的动态试验数据为依据,应用基于灵敏度分析为基础的模型修正法,对结构有限元模型进行了修正。基于振型的模态确认准则的相关性计算表明,修正后的有限元模型比较好的反映了结构的实际状态,由此计算分析了成桥状态的动力特性。相关结果可为后续结构健康检测、损伤评估与维修管理提供必要的技术支持。     

基于加权Kendall相关系数和序贯代理模型的有限元模型修正

为了提高桥梁结构有限元模型修正的效率和效果，提出基于加权Kendall相关系数和序贯代理模型的有限元模型修正方法。首先，建立基于目标响应误差和待修正设计参数灵敏度的加权Kendall相关系数指标，并采用凝聚层次聚类算法，合理确定待修正设计参数的数量和位置，保证待修正设计参数对目标响应具有合适的解耦能力；其次，为解决传统一次性代理模型法在构造代理模型过程中产生的欠采样或者过采样的问题，采用基于FLOLA-Voronoi通用序贯设计策略的序贯代理模型法，提高构造代理模型过程中试验设计样本的利用率和模型修正效率；最后，根据一座斜拉桥的静动力荷载试验数据进行有限元模型修正。结果表明：基于FLOLA-Voronoi算法的序贯代理模型能够合理地确定构造代理模型所需的样本数量和位置，使得在相同样本数量的情况下，序贯代理模型比一次性代理模型具有稍好的精度指标；采用加权Kendall相关系数指标的聚类方法可以得到具有合适解耦能力的待修正设计参数，使得修正前大误差目标响应的误差显著下降，小误差目标响应的误差基本都处于合理范围内，有效地降低了目标响应的整体误差；同时，有限元理论静动力响应与实测静动力响应的平均误差分别由5.56%、8.43%降低至1.87%、3.41%，并且相较于常规方法，修正精度更好，所提方法可以用于桥梁结构有限元模型修正，可得到准确的桥梁结构数值模型。     

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。     

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。     

悬索桥主缆成桥线形确定的有限元新算法

为提高悬索桥主缆线形确定的有限元算法的执行效率,对单悬索结构ANSYS程序找形原有算法的不足进行分析,提出模型更新位移预测和残差补偿算法。该算法通过主动预测的变步长来更新模型,并采用有效方法来处理大步长更新所带来的不利后果。采用该新算法对2座桥进行计算,结果表明该新算法找形分析的计算结果可靠,计算精度及效率高。     

基于响应面法的钢管混凝土组合桁梁桥多尺度有限元模型修正

为建立适用于钢管混凝土桥梁的高效、高精度有限元分析模型,提出一种基于响应面法的全桥多尺度有限元模型修正方法。首先以一座钢管混凝土组合桁梁桥为工程背景建立包含全桥、组合桁梁桥面板以及钢管混凝土桁架杆件3个尺度的ABAQUS全桥多尺度有限元模型。在考虑钢管混凝土结构的特点和施工误差的基础上选取桥面板混凝土弹模、厚度,桁架弦杆内混凝土弹模,钢材弹模以及加载车辆荷载5个影响因素作为待修正参数;根据实桥试验条件选择中跨跨中挠度、下弦空管弦杆应力、墩顶钢管混凝土弦杆应力、墩顶受压腹杆应力以及桥面板顺桥向应力5个目标函数。其次采用中心复合设计方法生成了待修正参数的样本集,并将每组参数样本代入有限元模型进行计算。进而采用响应面法建立待修正结构参数和目标函数的2次多项式函数关系,结合参数显著性分析得到响应面方程。最后结合实桥试验结果对多尺度有限元模型3个尺度上的结构参数进行同步修正。结果表明：修正后的参数变化情况与依托工程的实际施工情况相符;采用修正后的参数建立的多尺度有限元模型计算值与实桥试验结果吻合良好;修正后的有限元模型具有较高的精度,可真实反映实际工程中桥梁结构的受力状态。该修正方法可为桥梁结构运营期间的健康监测、状态评估、损伤检测提供可靠的分析手段。     

基于静力测试数据的装配式混凝土简支梁有限元模型修正

对一实际装配式预应力混凝土简支梁桥的工作状况进行了评估,根据现场实测静力数据,对其有限元模型进行修正。计算结果表明,修正后的有限元模型较好地反映了实际结构的变形行为。应用敏感性分析研究了修正模型的效率,分析表明,选择适当的修正方式有助于得到能准确反映实际结构工作状况的有限元模型。而不适当的修正方式尽管也可能正确反映实际结构的结构响应,但不能准确反映实际结构的结构参数。     

基于模型修正梁格法的车桥耦合振动分析系统

首先以一座钢桁架连续梁桥为工程实例,建立尽可能考虑结构特点的初始有限元模型,并结合现场试验采集的静、动力实测数据,建立考虑变形、频率及振型等静、动力信息的多目标函数,通过有限元模型修正获得能够反映结构真实状态的基准有限元模型;其次介绍了梁格法桥梁车桥耦合振动分析模块以及静载试验整车加载模块编制思路,并嵌入自行研发的桥梁结构动力分析软件BDANS;最后将修正后的有限元模型输入至自行研发的梁格法车桥静动力分析模块,并将静动力荷载工况下的实测响应、BDANS计算值与通用软件ANSYS计算值三者进行了相互校核和对比。结果表明:BDANS静力分析模块的计算结果与ANSYS静力计算结果完全吻合,BDANS动力分析模块在不同行车工况下的动力计算响应趋势与实测响应趋势保持一致,从而验证了该分析模块的可靠性。