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基于响应面法的钢筋混凝土框架结构有限元模型修正研究

黄琼  
【摘要】:准确的有限元模型对结构优化设计、响应分析及损伤识别等都非常重要。通常根据图纸、规范建立结构有限元模型时,需要对结构的几何、材料和边界条件等进行一定的假设和简化,从而使结构有限元模型得到的计算响应与结构的实测响应之间不可避免地存在差异。有限元模型修正即是一个通过逐步修正模型设计参数,使得有限元模型计算响应与实测响应尽可能接近的迭代优化过程。综合现有模型修正方法的优缺点,本文采用基于响应面法的模型修正,该方法能显著提高模型修正的效率,过程计算简洁、迭代收敛快,且修正后的有限元模型可以作为损伤识别和状态评估的基准模型。 首先对近年来应用较多的几种模型修正方法的原理、修正步骤及研究现状进行了综述,着重介绍了基于响应面法的模型修正方法的基本理论,将响应面法引入框架结构有限元模型修正中。其次,选择一混凝土柱作为算例,采用基于响应面法的有限元模型修正,利用构件弹性模量降低来模拟损伤,修正后的计算频率与真实值的偏差控制在1%以内,验证了该方法的有效性。 进一步,选择同济大学土木工程防灾国家重点实验室的一座12层钢筋混凝土框架结构振动台模型和一受实际地震影响的三层框架结构,分别利用振动台试验数据和现场脉动试验数据,通过实验设计、参数选取、响应面拟合、模型检验和参数优化对其初始有限元模型进行修正。修正后各阶频率的计算值与实测值之间的误差明显减小,且误差基本控制在5%以内,表明修正后得到的响应面模型可以作为基准有限元模型来较准确地分析真实结构的力学性能。


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