既有预应力混凝土梁桥结构损伤评估研究

摘要

工程中，既有桥梁结构的损伤评估与加固分析多采用试验测试或基准有限元建模分析，存在局限性。尤其是建立有限元模型时，要对真实结构做各种假设，使得有限元模型与实际结构存在误差，计算值和试验测量值不能很好的一致，这给桥梁的状态评估、剩余寿命的预测增加了困难。故如何修正有限元模型，改善既有结构的建模精度，一直是研究的热点。目前比较公认的和可行的方法是利用计算机技术把实验测试结果与计算机仿真集成进行有限元修正。基于此，本文尝试建立ANSYS平台的结构初始有限元模型，结合实桥结构试验测试结果，对结构参数进行灵敏度分析得到主要修正参数，借助ANSYS优化模块中一阶搜索优化理论的结构参数估计技术，对结构的初始有限元模型进行策略性修正。研究比较了不同有限元修正技术的可行性及有效性，并将修正后的有限元模型作为基准模型应用于既有预应力实桥的承载力评估与加固分析。结果表明，文述方法可以用于既有预应力桥梁结构的健康状态评估。
　　主要工作如下：
　　1.以某运营多年的实桥为工程依托，运用载荷试验方法，对结构主梁和主要的连系构件进行了全面的检测，通过静载试验、动载试验等手段获取桥梁的基本静动力特性。根据现场初步损伤诊断结果分析得到的直接损伤信息，为用ANSYS平台建立损伤有限元数值模型提供了数据依据。
　　2.依据实桥检测结果，建立其参数化有限元模型，尝试采用具有针对性的修正策略借助一阶搜索优化的算法，对试验段构件分别进行了基于静力测试、动力测试以及联合应用静动力测试数据的有限元模型修正。比较了不同方法的模型修正效率和效果，介绍了优化方法的选择，并指出有限元模型修正是一个针对性很强的技术，几乎没有一种普适的算法进行修正，因而对于不同类型的工程结构应发展出相应合适的修正方法，尽可能获得相对准确的修正模型。
　　3.考虑到既有大跨径预应力混凝土桥梁的力学特性比一般结构受更多因素的影响，修正参数的选取人工干预较大，使得传统有限元修正结果的稳定性和适用性较差，本文利用蚁群优化算法在解决复杂的、不确定性及非线性等问题的优势，尝试引入基于蚁群算法的有限元模型修正。结果表明，该模型是有效的，从而为工程中的大型结构的有限元模型修正提供了新的思路。
　　4.依托既有预应力混凝土实桥，将修正后的有限元模型作为基准模型，对其承载力进行状态评估，表明修正后的有限元模型能够比较准确的反映桥梁的实际受力状态，可以用于既有预应力混凝土桥梁结构的损伤评估与识别。在此基础上，对结构损伤严重的部位提出了加固方案，建立了加固后的有限元模型，比较加固前后的承载力，验证了加固方法的有效性。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3有限元模型修正

1.4 本文的研究目的和技术路线

第二章 既有预应力混凝土梁桥的检测与分析

2.1 实桥概况

2.2 结构主要病害

2.3 荷载试验测试及数据分析

2.4 小结

第三章 基于基准有限元模型的结构力学特性分析

3.1 预应力混凝土结构建模方案

3.2实桥分析示例

3.3小结

第四章 基于静动力测试的有限元模型修正

4.1优化设计基本原理及方法

4.2基于静力测试的有限元模型修正

4.3基于动力测试的有限元模型修正

4.4基于联合静动力测试的有限元模型修正

4.5小结

第五章 基于蚁群算法的有限元修正

5.1蚁群算法简介

5.2 蚁群算法的实现

5.3基于蚁群算法的有限元模型修正

5.4小结

第六章 既有预应力混凝土桥梁的损伤评估与加固研究

6.1既有结构的承载力评估

6.2既有结构的损伤识别

6.3既有结构的加固分析

6.4小结

结论与建议

1．结论

2．建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢