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重庆石板坡长江大桥复线桥基于静动力的模型修正

岳笛  
【摘要】: 桥梁结构整个生命周期内静动力响应值的实际状况一直是工程研究领域关注的问题。通过有限元计算程序对响应值进行估计是目前比较有效的方法,具有成本低、速度快等优点。然而,由于各种简化和假定,依据设计图纸建立的桥梁初始有限元模型的静动力响应计算结果与试验测量结果之间往往存在不同程度的差异。因此,如何对初始有限元模型进行修正,使其理论计算值趋近于结构的实际响应值是一个具有重要理论和实用意义的研究方向,模型修正技术及结果可应用于结构的静动力响应分析、损伤识别、健康监测和安全评估等方面。 本文以石板坡长江大桥复线桥为工程背景,提出了一种利用通用有限元程序和数学软件相结合的模型修正方法,通过数值模拟来验证该方法的可行性,并将其应用于实桥的有限元模型修正。完成的主要工作有: ①在系统阐述已有模型修正方法的基础上,提出了一种基于灵敏度分析和SQP算法的参数型有限元模型修正方法:首先,依据工程经验和灵敏度分析结果选取模型的待修正参数;然后,构造待修正参数及其关于结构响应的灵敏度值与结构响应值之间的优化目标函数;最后通过假定待修正参数关于结构响应的灵敏度值在小范围内保持不变,将参数优化转化为一系列灵敏度不变的子优化问题进行求解。这种方法将通用有限元程序与数学软件有机结合,不仅使计算量大大减少,而且方便简单地实现了大型结构的模型修正,便于工程应用。 ②建立了石板坡长江大桥复线桥的初始有限元模型,并对建模过程中一些不确定因素与待修正参数的关系进行了讨论。 ③以数值模拟的方式,采用本文提出的模型修正方法来检验待修正参数经修正后能否收敛于人为设定的“真值”。模拟结果表明,经过三次子优化问题的求解就能取得较好的修正结果,说明本文提出的有限元模型修正方法具有可行性和实用性。 ④采用单独基于动力的模型修正方法对数值模型进行了修正,并用其模拟效果与本文提出的模型修正方法的模拟效果进行了对比,计算结果表明,后者的修正效能更具优越性。 ⑤对石板坡长江大桥复线桥进行了成桥荷载试验,并运用本文提出的模型修正方法对该桥的初始有限元模型进行了修正,得到了修正后的有限元模型。修正后模型的静动力响应计算值比修正前更吻合于试验测试值。


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