温度影响下基于布谷鸟算法的钢–混组合结构桥梁有限元模型修正

结构在日常服役的过程中反复承受变化的温度荷载,温度变化会导致材料弹性模量的变化,进而影响结构的刚度,相应结构的动力特性也会发生变化。本文在建立有限元模型时将温度作为材料参数函数的一个变量,并基于Matlab建立了I-40钢混组合结构桥梁有限元模型并计算其自振特性。同时利用布谷鸟搜索算法(Cuckoo Search)在考虑温度对结构材料参数的影响下对有限元模型进行了修正。修正后的结构模态参数与实验数据吻合良好,最大频率误差小于2%,模态置信准则MAC值均在95%以上,修正后的有限元模型可作为后续结构损伤识别的基准模型。     

结构动力模型的改进直接修正方法及工程应用

直接模型修正方法是一类经典的解析动力模型修正技术,该方法具有计算高效和精确匹配目标模态参数等优点,但仅考虑与频率和振型相关的约束,导致修正模型预测的模态参与因子与实际识别值存在差异。针对该模态参数匹配不完备问题,提出了一种改进的直接模型修正方法。改进方法考虑模态参与因子在质量矩阵中的修正,采用约束最小化技术,推导了质量矩阵的最优解,并结合已有的刚度矩阵修正技术实现结构模型修正。以一栋实际消能减震建筑结构为应用对象,利用结构地震监测数据估计的模态参数,采用改进方法修正结构初始有限元模型,验证了改进修正方法的准确性。     

钢桁梁悬臂施工状态模态试验及有限元分析

为了获得钢桁梁在悬臂拼装施工状态的振动特性参数,以便对钢桁梁施工阶段的有限元计算模型进行校核;加工制作了某钢桁梁试验模型,采用DASP动态测试系统实测了模型梁的频率和振型,基于实测结果采用有限元计算软件MIDAS对钢桁梁模型进行了有限元分析,间接识别了螺栓的连接刚度。模型试验结果表明:模态试验测得钢桁梁悬臂施工状态的前3阶振型与有限元计算的振型基本吻合;基于修正后的有限元计算模型模态分析结果与实测结果误差小于4%,修正后的模型较好地模拟了结构的实际状态。     

佛陈扩建桥钢-RPC组合铺装钢箱梁桥振动测试与模态识别

结构动力特性反映了桥梁质量和刚度分布特征,是桥梁动力分析的重要参数。为获得钢-RPC组合铺装正交异性桥面板钢箱梁桥的模态特征,了解桥面铺装刚度增大带来的结构整体刚度变化,采用基于参考点的环境激励法,通过在佛陈桥钢箱梁内布置多个测点,进行分批次测量,采用峰峰值拾取的方法识别了该桥多阶模态参数,测试的振型具有较好的合理性。     

挖掘机工作装置模型试验技术的研究

本文以挖掘机工作装置为研究对象,通过理论分析和试验探求模型和原型的固有频率、固有振型、模态质量、模态刚度和模态阻尼等模态参数之间的当量关系,以期利用模型结构的动态特性试验替代原型动态特性的试验。     

基于实测数据的新型大跨度空间结构模型修正研究

空间网格结构通常是由相同或相似的子结构按照某种规则在三维空间范围内排列而成,由于组成结构的杆件相似、繁多且密集,致使结构具有较高的超静定次数,且频谱分布十分密集,这给空间结构的模态识别和模型修正带来了挑战。基于实测数据,首先运用ANSYS有限元软件建立精确的数值分析模型用于模型修正,同时通过实测手段采集到环境荷载激励下的结构温度数据和振动数据,继而采用频域分解法(FDD法)、自然激励技术联合特征系统实现算法(NEx T+ERA)识别出结构的模态频率和振型,最后通过混合优化算法修正结构节点刚度、杆件刚度和结构质量等参数来实现对结构有限元模型的修正。修正结果显示:该修正方法可大大缩减有限元模型模态频率与结构真实模态频率间的误差,达到了修正目的。     

基于贝叶斯的钢筋混凝土梁模型修正方法

本文提出了一个基于贝叶斯原理的钢筋混凝土梁有限元模型修正方法。针对钢筋混凝土梁模型修正中的方程病态问题及模态测试中测点信息不完整和模态信息不完备的实际情况,建立了适用于有限测点的目标函数和似然函数,且在目标函数中同时考虑了频率和振型信息。采用延迟拒绝自适应算法(DRAM)对待修正参数的后验概率进行了计算。数值算例表明本方法在仅使用低阶测量模态信息和不完整振型信息的情况下,仍能准确修正结构参数;实验算例表明,修正后的钢筋混凝土梁有限元模型的动力特性和测量结果一致,修正后的模型参数值和梁的轻微裂缝的位置及大小基本对应,说明了本文方法的有效性。     

藏式山地结构有限元模型修正及动力可靠度分析

布达拉宫建筑群山地结构众多,其与平地结构在地震作用下的动力可靠度差异较大。对布达拉宫内典型藏式山地结构占堆康进行基于环境振动的动力特性测试,分析基础约束刚度-频率敏感域曲线,应用实测结果修正有限元模型。基于首超准则及泊松跨越假定提出改进的动力可靠度解法,将占堆康视为串联体系得到其体系可靠度,并得到基础约束刚度的变化对动力可靠度的影响规律。结果表明:动力测试结果为有限元模型的修正提供依据,藏式山地结构的基础约束刚度对结构基频影响显著,且存在敏感影响域。运用基于首超准则改进的动力可靠度方法计算动力可靠度时应合理估计基础约束刚度。     

藏式山地结构有限元模型修正及动力可靠度分析#br#

布达拉宫建筑群山地结构众多，其与平地结构在地震作用下的动力可靠度差异较大。对布达拉宫内典型藏式山地结构占堆康进行基于环境振动的动力特性测试，分析基础约束刚度 频率敏感域曲线，应用实测结果修正有限元模型。基于首超准则及泊松跨越假定提出改进的动力可靠度解法，将占堆康视为串联体系得到其体系可靠度，并得到基础约束刚度的变化对动力可靠度的影响规律。结果表明：动力测试结果为有限元模型的修正提供依据，藏式山地结构的基础约束刚度对结构基频影响显著，且存在敏感影响域。运用基于首超准则改进的动力可靠度方法计算动力可靠度时应合理估计基础约束刚度。     

基于环境激励测试的开元寺塔动力性能分析

采用环境随机激励技术对定州开元寺塔的动力特性进行现场测试，提出一种新的空间测点布置方案——同向平行测试法，利用该方法可以对开元寺塔平动及扭转模态分量进行有效测量。基于现场实测数据，结合Welch自功率谱密度法和随机子空间法得到砖塔的自振频率、振型等参数，并反演推算出砖塔结构的层间刚度。研究表明砖塔东北侧新砌筑结构层间刚度普遍大于东南侧旧塔体结构，随着高度的增加砖塔的层间刚度逐渐减小。基于动力测试分析数据，建立并修正了ABAQUS有限元模型。有限元模型模态分析结果与实测结果对比误差较小，说明模型较为可靠，可以为古塔的后续动力响应分析提供数值模型。     

某多层砌体教学楼环境振动试验及其模态分析

本文进行某多层砌体结构教学楼环境振动试验,利用基于传递率参数识别方法进行教学楼动力参数识别,并与该楼MI-DAS三维有限元模型理论计算结果进行比较,得出一些有价值的结论。     

基于径向基神经网络的桥梁有限元模型修正

基于某预应力混凝土大跨刚构-连续梁桥的ANSYS有限元模型,提出一种基于径向基神经网络的有限元模型修正方法。该方法以不同设计参数条件下有限元模型模态分析频率作为输入向量,以对应的桥面单元、中墩、边墩的弹性模量、密度等设计参数修正值作为输出向量,利用径向基神经网络来逼近两者之间的非线性映射关系。结合该桥梁结构健康监测系统中加速度传感器监测的桥梁结构动力反应的加速度数据,利用神经网络的泛化特性,直接计算出有限元模型设计参数的修正值。研究结果表明:修正后的有限元模型能更真实地反映结构的物理状态,较好地反映该桥梁结构的真实动力特性。     

Experimental and numerical investigation of brace configuration effects on steel structures

The study is concerned with the experimental and numerical investigations of brace configurations on steel buildings in terms of dynamic characteristics. A three-storey steel building model with 1/2 scale of a real building, which was constructed at the laboratory of Civil Engineering Department of Karadeniz Technical University, was selected for investigations. A series of ambient vibration tests were conducted on the building model for bare frame and braced cases. Four different brace types were applied to the model: cross type, Λ type, V type and K type. The natural frequencies and their associated mode shapes and modal damping ratios were identified for each different case in the frequency domain by the Frequency Domain Decomposition method. Also, finite element models for these cases were developed to simulate dynamic behavior. The effect of brace configurations was evaluated by comparing the braced dynamic characteristics with those of the bare case. Also, the experimental and numerical dynamic characteristics were compared with each other, the differences between results were revealed by considering experimental results as exact. The study showed that the stiffness of steel buildings can be increased by applying brace elements considerably and the effects of braces vary depending on brace configuration. The cross type bracing produced the highest stiffness both experimentally and numerically. From the finite element analysis, it was observed that the numerical results were bigger than the experimental results in all cases; therefore the initial finite element models need to be updated.     

消能减震建筑结构的附加有效阻尼比估计

为估计一栋实际消能减震建筑结构在地震作用下的附加有效阻尼比,提出了一种基于有限元模型修正技术的阻尼比估计和验证方法。考虑到结构初始有限元模型存在较大模型误差,采用基于结构振动模态参数的直接模型更新方法修正初始有限元模型,其中,对于实测振型不完整问题,利用振型扩阶方法补充完整振型。基于模态应变能概念,利用整体结构模态参数识别值,推导了油阻尼器支撑系统附加给结构的有效阻尼比和有效频率的计算公式,并估计了主体结构的频率和阻尼比。以一组实际地震动监测数据为例,采用建议方法估计有效阻尼比和有效频率,通过对比修正模型的预测响应与实际监测数据,验证了建议方法的有效性。     

框架式高层房屋建筑模态分析

根据框架结构特点,采用有限元法建立空间刚架模型,对框架结构进行了模态分析,初步探讨了高层框架结构的动力特性,得到了此模型的固有频率和相应的振型。     

基于ANSYS的支撑框架结构地震反应谱分析

利用ANSYS对一斜支撑框架结构建立有限元模型并分析该结构的动力特性和地震荷载作用下的弹性响应。对该结构进行模态分析,求出前5阶的频率和模态振型,分析得出支撑框架结构的动力特性。进行结构地震反应谱分析考察地震作用下各个构件受力特点。为斜撑框架结构设计提出一些建议和结论。     

基于环境激励的连续刚构桥模态参数识别及有限元模型修正

一个合理准确的有限元模型是大型桥梁健康监测系统中损伤识别及安全评估、预警的前提。以一座三跨预应力混凝土连续刚构桥为例,根据设计资料,利用ANSYS建立其初始三维有限元模型,利用其健康监测系统采集得到的加速度时程数据,采用随机子空间法对实际结构的模态频率进行识别,依据识别结果,在参数灵敏度分析的基础上,根据最优化理论对该桥的有限元模型进行修正。研究结果表明,经修正后的有限元模型能真实准确地反映该桥梁结构的真实动力特性,可以作为健康监测中损伤识别、安全评估等研究工作的基准模型。     

预应力连续箱梁桥的动力有限元模型修正

以张家港河大桥为对象,建立主桥的初始有限元模型,基于频率指标和振型相关系数指标,定义了相比传统更合理的目标函数,利用实数编码加速遗传算法,基于环境激励模态试验的前7阶模态参数,对其初始有限元模型进行修正,并利用后3阶模态参数,对修正后有限元模型的预测能力进行评估。由修正结果和预测能力可知,采用上述指标定义的目标函数和实数编码加速遗传算法,对预应力混凝土连续梁桥的有限元模型进行修正,获得准确反映其实际动力行为的有限元模型。     

Earthquake analysis of reinorced concrete minarets using ambient vibration test results

This paper describes a Turkish style reinforced concrete minaret, its finite element model, modal testing, finite element model updating and earthquake behaviour, before and after model updating. The minaret of a mosque located in Trabzon, Turkey is selected as an application. A three‐dimensional (3D) model of the minaret and its modal analysis is performed to obtain analytical frequencies and mode shapes using ANSYS finite element program. The ambient vibration tests are conducted on the minaret under natural excitations such as wind effects and human movement. The output‐only modal parameter identification is carried out by Enhanced Frequency Domain Decomposition and Stochastic Subspace Identification methods in Operational Modal Analysis software and in doing so, dynamic characteristics (natural frequencies, mode shapes and damping ratios) are determined. A 3D finite element model of the minaret is updated to minimize the differences between analytical and experimental modal properties by changing some uncertain modelling parameters such as material properties and boundary conditions. The earthquake behaviour of the minaret is investigated using 1992 Erzincan earthquake before and after finite element model updating. Maximum differences in the natural frequencies are reduced from 21% to 8%, and good agreement is found between analytical and experimental natural frequencies. In addition to this, it is realized that finite element model updating is effective on the earthquake behaviour of the minaret. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

含嵌固墙体古建筑木结构震害数值模拟研究

以四川广元市某古建筑木结构为例,在考虑墙体嵌固作用的基础上,研究了汶川地震下古建筑的震害症状与地震响应状况。采用ANSYS软件对该古建筑榫卯节点的半刚性特征及砖砌体与木构架的嵌固作用进行了模拟,并建立了结构的有限元模型。通过模态分析,获得了结构的基频和主振型;通过将汶川波进行调幅作用于该结构,获得了结构在不同时刻的内力及变形峰值,并获得了典型节点的地震响应曲线。结果表明:考虑墙体的嵌固作用后,该古建筑的基频为1.59Hz,振动形式以第一振型为主,地震作用下木构架产生的位移很小,内力均在容许范围内,且保持稳定的振动状态;墙体由于强度不足,在某些部位将产生破坏,与震害现状基本吻合。