基于模型修正的预应力混凝土梁裂后承载性能评估的研究

摘要

桥梁作为交通运输系统的枢纽工程，其运营安全性能的检测和评估技术方法的完善对于确保既有桥梁的安全畅通具有重要意义。预应力混凝土简支梁桥广泛应用于我国公路、铁路与城市道路中，长期的桥梁技术状况调查表明，目前我国正常运营的诸多高等级公路和城市道路上，有相当数量的预应力混凝土桥梁存在着一定程度的病害和损伤，显著影响着桥梁结构的正常运营和使用安全性。当前国内对预应力混凝土桥梁开裂后承载性能评估方法的理论分析和试验研究相对滞后，因此，对预应力混凝土桥梁损伤评估方法的研究仍然是国内外桥梁工程界所关注的热点问题。
　　本研究主要内容包括：⑴以我国公路中常用的20m跨径T型梁标准图按照一定缩尺比例制作多榀试验梁，梁内配置钢绞线并采用后张法施加不同预应力，采用跨中两点对称加载方式，选取已加载至开裂的试验梁进行二次加载。实测梁带裂缝工作阶段在L4，跨中，3L4截面的位移和跨中截面上缘混凝土、下缘钢筋的应变及跨中纯弯段附近截面的裂缝发展变化规律。论文对上述相关试验数据进行了整理和分析，为后续研究工作提供了基本试验数据。⑵以实验室预应力混凝土试验梁作为研究对象建立初始有限元模型，通过灵敏度分析选出灵敏度较高的结构参数作为设计变量，以静载试验实测各个控制截面的挠度数据作为状态变量，构建静力目标函数，对初始有限元模型进行修正，而后按照静载试验的加载工况，模拟分析各级加载下试验梁有限元模型各控制截面的应变、挠度计算结果，并与室内静载试验实测结果相比较，误差符合工程精度要求。说明基于静载试验实测挠度数据的有限元修正模型可以应用于结构状态评估。⑶介绍了响应面法修正有限元模型的基本原理和步骤，并对常用的几种试验设计方法进行了比较。基于响应面法对初始有限元模型进行修正，与有限元模型直接修正法相比，响应面法模型修正在保证模型精度的同时具有收敛速度快、数值分析直观、可构建显式函数关系式的优势，具有显著的应用价值。⑷针对试验梁，采用基于有限元模型的响应面法进行了损伤识别的数值模拟分析；采用有限元模型进行重复数值试验建构响应面模型，依据两榀开裂的试验梁室内静载试验实测挠度数据构建目标函数，开展基于有限元模型的响应面法应用于预应力混凝土梁裂后抗弯刚度损伤评估方法的研究。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究的背景与意义

1.2 有限元模型修正的研究现状

1.3 预应力混凝土梁裂后抗弯刚度损伤评估

1.4 本文的主要研究内容

第二章 预应力混凝土梁的室内静载模型试验

2.1 引言

2.2 试验梁制作

2.3 已开裂试验梁静载试验方案

2.4 本章小结

第三章 初始有限元模型的建立与数值分析结果

3.1 概述

3.2 试验梁初始有限元模型的建立

3.3 预应力和重力场的作用

3.4 静载试验实测数据与初始有限元模型计算结果的对比

3.5 本章小结

第四章 基于静载试验数据的有限元模型修正及试验验证

4.1 概述

4.2 设计变量、状态变量及目标函数的构建

4.3 设计参数的灵敏度分析

4.4 有限元模型修正

4.5 本章小结

第五章 基于响应面法的模型修正原理

5.1 概述

5.2 响应面法的基本概念

5.3 响应面法的基本理论

5.4 响应面法的试验设计

5.5 本章小结

第六章 基于Box-Behnken试验设计的响应面法模型修正

6.1 概述

6.2 试验设计

6.3 设计参数显著性水平分析

6.4 响应面模型的回归拟合

6.5 基于静载试验实测挠度数据的目标函数

6.6 基于响应面法的有限元模型修正

6.7 有限元模型直接修正与响应面法模型修正的比较

6.8 本章小结

第七章 基于试验的预应力混凝土梁裂后抗弯刚度损伤评估研究

7.1 概述

7.2 损伤识别方法的数值算例分析

7.3 室内试验梁裂后抗弯刚度损伤评估的研究

7.4 本章小结

第八章 结论与展望

8.1 结论

8.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文