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钢管混凝土拱桥计算模型误差敏感性分析

邵元  
【摘要】:钢管混凝土拱桥是近十几年来得到广泛使用的一种桥型,它能充分发挥钢管混凝土组合材料抗压强度高、延性好的特点,针对这种新型桥梁形式的研究分析也受到了关注。随着计算机技术的不断发展,利用有限元软件建立模型计算分析成为了主要的研究方法,应用于桥梁的设计计算、健康诊断及损伤识别。而结构模型的建立是计算研究的基础和重点,分析和控制有限元模型误差,从而获得高精度有限元模型,对于成功地实现结构模拟、损伤识别和健康诊断是十分重要的。 本文根据现有钢管混凝土拱桥数据,使用ANSYS有限元软件建立三跨钢管混凝土拱桥的初始模型,以计算出的初始模型各项静动态响应值作为基础比较参数。在初始模型基础上改变某一建模因素得到新的模型,比较新模型各项静动态响应值相对于初始模型结果的变化情况,得到不同建模因素对模型的局部静动态响应的影响,总结出各项静动态响应误差对不同建模因素的灵敏度。主要考虑的建模因素有钢管与混凝土的协同作用、钢管内混凝土脱空的影响、单跨独立分析与多跨协同的比较、左右拱肋横向联系的影响。主要考虑的静动态响应有恒载下拱肋变形和内力、活载下拱肋变形和内力、吊杆内力、自振频率及模态。 采用换算截面和提高混凝土强度等级两种方法模拟钢管与混凝土的协同作用,计算钢管与混凝土相互作用对各项静动态响应的影响,考虑协同作用的模型在拱肋变形及内力、吊杆内力变化上均具有较高的敏感性;采用混凝土脱空截面代替初始模型混凝土截面的方法模拟混凝土的脱空,计算不同混凝土脱空率模型的各项静动态响应,混凝土脱空模型在活载下拱肋变形及内力、活载下吊杆内力变化上具有较高的敏感性;计算单跨模型独立分析时的各项静动态响应,单跨模型在拱肋变形及内力、吊杆内力、自振频率上均具有较高的敏感性;采用降低横撑刚度的方法模拟左右拱肋的横向联系,计算不同横撑刚度模型的各项静动态响应,降低横撑刚度的模型在活载下拱肋变形及内力、活载下吊杆内力、自振频率上均具有较高的敏感性。总结各建模因素的敏感性,全面合理的建立有限元模型。


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