基于测试数据的桥梁模型修正方法研究

摘要

随着我国公路与铁路等基础建设的开展，我国桥梁规模与数量越来越大。不论是新建的桥梁还是在役桥梁，它们的承载能力总是受到桥梁研究者以及相关部门的关注。成桥荷载试验与加固后桥梁的荷载试验是检测桥梁承载力的有效手段。然而，荷载试验时间比较长，且需要封闭交通，对道路畅通造成不利影响。根据图纸设计参数建立的有限元模型是荷载试验布载方案制定以及测试数据对比的重要参照，有限元模型的计算值与荷载试验的测试值存在比较大的差异。
　　本文通过研究有限元模型的修正方法，构造不同的目标函数，在ANSYS有限元平台，通过一个工字钢简支梁的数值算例，通过人为对其相关参数的折减造成数值模型的损伤，求出损伤后有限元模型的特定结点的位移值以及频率作为测试值，通过测试值构造不同目标函数，对比分析基于静力单目标函数、基于动力单目标函数以及联合静动力目标函数对模型修正效果，通过此数值算例，验证此有限元模型修正方法的正确性。
　　后续章节以寂静特大桥荷载试验为工程背景，用荷载试验测试值构造上述目标函数，分别对有限元模型中主梁与桥墩的相关参数进行修正，修正后的有限元模型计算值与测试数据之间的误差有明显的减小，与测试数据较之修正前更加吻合，修正后的模型更能体现实桥的静动力特征。
　　本文结尾探究了大跨度柔性悬索桥青草背长江大桥有限元模型修正方法，以荷载试验中工况下主梁测点挠度测试数据构造目标函数，对青草背长江大桥有限元模型中主梁的弹性模量和抗弯惯性矩以及截面面积、主缆的等效弹模修正，然后以有限元模型主梁挠度计算值与测试数据对比，评价基于主梁测点挠度测试值构造的单目标函数的修正方法。
　　经过数值算例与实桥对有限元模型修正方法的验证，说明修正后的模型比按照图纸设计参数建立的有限元模型分析结果更接近荷载试验测试数据，更能反映桥梁的实际状况，修正后的模型可以为桥梁服役期的养护运营提供参考，可通过修正后的有限元模型对该桥进行荷载承载力评定。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 有限元模型的修正

1．2．1 有限元模型修正的概念

1．2．2 国外研究现状

1．2．3 国内研究现状

1．3 有限元模型修正存在的问题

1．4 本文研究内容与意义

第二章 有限元模型修正基本理论及过程

2．1 有限元模型修正方法

2．1．1 基于动力的有限元模型修正

2．1．2 基于静力的有限元模型修正

2．1．3 联合静动力的有限元模型修正

2．1．4 基于响应面的桥梁有限元模型修正

2．2 有限元模型修正过程

2．2．1 目标函数的选取

2．2．2 修正参数的选择

2．2．3 优化算法

2．3 相关性判断标准

2．3．1 静力特性评价标准

2．3．2 频率相关性

2．3．3 振型相关性

2．3．4 交叉正交性

2．3．5 有效质量准则

第三章 有限元模型修正方法验证

3．1 目标函数的确定

3．2 ANSYS优化模块简介

3．2．1 基本概念

3．2．2 优化方法的简介

3．2．3 ANSYS优化设计的基本步骤

3．3 数值模型的验证

3．3．1 基于静力单目标函数的修正

3．3．2 基于动力单目标函数的修正

3．3．3 基于联合静动力目标函数的修正

3．4 本章小结

第四章 基于寂静特大桥荷载试验数据的模型修正

4．1 工程概况

4．2 寂静特大桥的荷载试验

4．2．1 控制截面与试验荷载

4．2．2 荷载布置及加载程序

4．2．3 静载试验结果

4．2．4 动载试验

4．2．5 试验内容与方法

4．2．6 动载试验结果及分析

4．3 寂静特大桥有限元模型修正

4．3．1 寂静特大桥初始有限元模型建立

4．3．2 寂静特大桥修正参数的选取

4．3．3 基于静力寂静特大桥有限元模型修正

4．3．4 基于动力寂静特大桥有限元模型修正

4．4 本章小结

第五章 基于青草背长江大桥荷载试验数据的模型修正

5．1 工程概况

5．2 青草背长江大桥的荷载试验

5．2．1 结构构件及测点编号规则

5．2．2 主梁挠度测量

5．3 青草背长江大桥的有限元模型修正

5．3．1 青草背长江大桥的有限元模型建立

5．3．2 基于主梁挠度值的青草背长江大桥有限元模型修正

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果