既有钢管混凝土拱桥的有限元模型修正

有限元模型修正技术最早应用于航空和机械领域,用于自动修正结构模型使数值模型和试验模型相匹配。在过去的十年里,有限元模型修正技术已经被引进到土木工程领域。在既有桥梁的工作状态和使用安全评估中,需要建立能够精确模拟结构目前工作状态的有限元模型。该文以一座既有的钢管混凝土拱桥为例,在参数灵敏度分析的基础上,以结构设计参数为修改参数,构造联合频率和挠度的目标函数,借助ANSYS的优化设计功能对该桥的有限元模型进行修正。修正后模型计算结果和实际测试结果更加接近,其中跨中挠度的最大相对误差只有6%,频率的最大相对误差为9%。修正结果表明:这种联合静动力的模型修正方法物理概念清楚,能充分利用静动力测试数据,经过修正后的有限元模型能够反映该桥的实际工作状态。     

Kriging代理模型表征混凝土小箱梁典型劣化的有限元模型修正方法

桥梁在运营过程中,由于受到荷载与环境作用,其结构与材料的性能不可避免地产生劣化,运营期间的桥梁状态与设计施工时相应的桥梁状态之间,总会存在一定的差异。以某混凝土小箱梁桥为背景,针对混凝土小箱梁桥的有关典型劣化问题,依据该桥在运营期间通过传感器所测得的数据,采用Kriging代理模型,对桥梁有限元模型进行修正,并通过预设的桥梁典型劣化模式进行验证。结果表明,采用Kriging代理模型方法,使得有限元模型在修正过程中的调用次数有明显的降低,计算效率提高,模型修正结果精度更高,模拟效果较好。该方法可为其它类似桥梁提供借鉴和参考。     

基于有限元模型修正的施工参数识别

针对目前桥梁结构施工控制中的参数识别问题,提出基于有限元模型修正的施工参数识别方法。通过参数敏感性分析确定影响结构响应的主要参数、构造目标函数并对其进行优化求解,从而实现有限元模型修正,进行结构参数识别。对某预应力混凝土连续刚构桥进行施工阶段全过程有限元模拟和参数识别,识别结果表明,所提方法可以指导实际结构的施工参数识别。     

大跨度桥梁模型修正方法研究

提出一种通用有限元程序和数学软件相结合的大跨度桥梁有限元模型修正方法.根据摄动理论,将原优化问题转化为求解一系列灵敏度不变的优化子问题,从而方便简单地实现大跨度桥梁的模型修正.数值模拟及采用静、动态实测数据对石板坡长江大桥复线桥进行模型修正的结果表明,该方法不但具有可行性,还能大大降低计算工作量,修正后的模型可以作为后续计算的基准模型.     

基于参数分析的子结构有限元模型修正技术

基于子结构有限元模型修正技术,借助通用有限元计算程序,通过对四渡河大跨度悬索桥结构进行敏感参数分析,确定受力敏感参数,分别建立有限元模型修正应变及频率目标函数,采用动静力法对离散后的索塔、主缆等子结构模型进行修正,通过对比分析实桥应变、频率及挠度的实测值与理论值,验证了修正效果的有效性。研究过程发现:大跨度悬索桥结构的受力特性主要取决于主缆,主缆的计算参数取值对计算结果有着重大影响;而吊索、索塔及加劲梁等相比显得并不十分敏感;基于参数分析子结构有限元模型修正过程是先总后分再总,修正过程快捷迅速,其有效性在实桥中得到了很好的验证,修正后的模型可用作后续计算研究的基准模型。     

大跨度悬臂浇筑钢筋混凝土拱桥多目标索力优化研究

为实现对某库区大跨度悬臂浇筑钢筋混凝土拱桥的合理索力优化,基于多目标优化理论建立了该拱桥的索力优化数学模型,采用改进的多目标粒子群算法联合ANSYS参数化模型对其进行数值求解。计算结果表明：改进后的多目标粒子群算法对该拱桥的索力寻优模型具有良好的适应性,Pareto收敛前沿以较快速度逼近各目标函数最小值,输出的最优索力组合有效降低了各拱圈节段的峰值拉应力,改善了成桥状态下的内力分布,且在维持了合理拱圈线形的基础上进一步实现了对拱圈变形的控制。     

混凝土斜拉桥动力有限元建模与模型修正

为建立准确可靠的混凝土斜拉桥动力基准有限元模型,对1座大比例(1∶15)Ⅱ形截面主梁混凝土斜拉桥试验模型进行了模态测试,分别采用单主梁模式、三主梁模式、梁壳模式和实体模式建立了斜拉桥的初始动力有限元模型;以实测数据为依据,采用基于灵敏度的模型修正技术分别对以上初始有限元模型进行了修正,将修正前后的动力特性计算值与实测数据进行对比,讨论了不同模式建模方法的计算精度和模型修正效果,以及有限元建模的误差来源和模型修正的相关问题.结果表明:初始有限元模型计算误差主要是由建模误差和参数误差引起的;梁单元模型在建模方面有局限性,应根据不同的结构特点和分析目标建立相应的有限元模型;模型修正应与试验相结合,对引起有限元模型计算误差的各种因素进行全面的考虑,正确处理,才能得到符合实际的基准有限元模型.     

基于环境振动试验的钢筋砼拱桥有限元模型研究

基于某钢筋砼拱桥环境振动试验结果,运用大型通用有限元分析软件ANSYS进行该桥有限元模型研究,通过对比有限元模型理论模态计算分析结果与试验实测模态计算分析结果,说明了所建立的有限元模型能准确模拟桥梁结构实际工作状态,证明了文中钢筋砼拱桥有限元模型建立方法的实际应用可行性。     

联合模态柔度和静力位移的桥梁有限元模型修正方法

利用商用软件ANSYS提供的零阶和一阶优化算法,通过1个仿真简支梁有限元模型修正算例,比较了不同目标函数的有限元模型修正效果,提出了一种联合动力模态柔度和静力位移的有限元模型修正方法,并将这种方法运用于一座加固后的刚架拱桥的有限元模型修正,建立起了该桥加固后的基准有限元模型。结果表明:利用修正后的刚架拱桥有限元模型计算的静、动力特性与实测结果吻合良好,这种联合静、动力的有限元模型修正方法具有比较好的模型修正效果,修正后的桥梁有限元模型可以服务于桥梁健康监测和安全评估。     

钢管混凝土拱桥拱肋模型修正方法研究

由于荷载或环境因素,在役钢管混凝土(CFST)拱桥的实际状态与新建时的状态存在差异,针对钢管混凝土拱桥主要受力部分钢管混凝土拱肋,提出基于共轭梯度法并结合空间曲率模态差对其计算模型进行修正的方法。通过对一个单圆管钢管混凝土拱肋的模型修正,验证该方法的有效性。结果表明:基于曲率模态和固有频率的目标函数比基于曲率模态的目标函数修正效率高了1倍;目标函数取前2阶曲率模态的修正精度明显高于取1阶曲率模态的修正精度,损伤区域越多越明显;损伤区域越多,修正精度越低,需要的模态阶数越高;该方法不仅可以对模型进行修正,还可用于损伤识别和诊断。     

基于响应面方法的桥梁静动力有限元模型修正

提出了一种基于响应面方法的桥梁静动力有限元模型修正技术,并成功地应用到了常德市白马湖公园虹桥的有限元模型修正当中.利用结构静载位移和振动频率等现场实测静动力响应,构造联合静动力的结构有限元模型修正的目标函数,在相关指标灵敏度分析的基础上筛选待修正参数,并利用响应面方法拟合桥梁静动力响应的代理模型.最后利用响应面替代模型(Meta-model)对该桥进行有限元模型修正,使得桥梁响应的实测值与计算值达到较好的吻合程度,经过修正后的有限元模型能够反映该斜拉桥的静动力特性,可以作为该桥的基准有限元模型.     

桥梁结构有限元模型的仿射-区间不确定修正

为获得桥梁结构的基准状态,考虑测试和结构参数的不确定性,将区间分析、仿射算法引入响应面有限元模型修正方法中,建立了一种新的桥梁结构有限元不确定模型修正方法。在讨论结构特点及力学行为的基础上,选择了待修正结构参数和结构响应后,采用均匀试验设计方法获得试验样本,同时结合多样本的有限元分析,采用F检验法得到结构响应的显著性参数。基于有限元模型修正的响应面方法,构建结构的响应面替代模型后,引入区间分析算法的自然拓展,将响应面模型拓展为区间响应面函数,同时采用仿射算法解决区间分析的区间扩张问题,构建桥梁结构有限元模型的仿射-区间不确定修正方法,并采用遗传算法进行区间优化求解。另外,针对区间响应面有限元模型修正的具体需求,提出了区间响应面函数的两步验证方法。用斜拉桥振动台模型桥梁在不同工况下的测试模态参数和斜拉索索力,对其进行有限元模型的不确定修正,实现了实测响应与有限元计算响应间误差的最小化。区间响应面函数的两步验证证实了参数修正范围和结构响应的有效性和正确性,修正后结构纵向、横向、竖向的一阶,二阶频率以及索力的实测响应均在计算响应范围内。验证结果表明：所提有限元不确定模型修正方法,能有效实现桥梁结构有限元模型的修正。     

基于响应面法的钢管混凝土组合桁梁桥多尺度有限元模型修正

为建立适用于钢管混凝土桥梁的高效、高精度有限元分析模型,提出一种基于响应面法的全桥多尺度有限元模型修正方法。首先以一座钢管混凝土组合桁梁桥为工程背景建立包含全桥、组合桁梁桥面板以及钢管混凝土桁架杆件3个尺度的ABAQUS全桥多尺度有限元模型。在考虑钢管混凝土结构的特点和施工误差的基础上选取桥面板混凝土弹模、厚度,桁架弦杆内混凝土弹模,钢材弹模以及加载车辆荷载5个影响因素作为待修正参数;根据实桥试验条件选择中跨跨中挠度、下弦空管弦杆应力、墩顶钢管混凝土弦杆应力、墩顶受压腹杆应力以及桥面板顺桥向应力5个目标函数。其次采用中心复合设计方法生成了待修正参数的样本集,并将每组参数样本代入有限元模型进行计算。进而采用响应面法建立待修正结构参数和目标函数的2次多项式函数关系,结合参数显著性分析得到响应面方程。最后结合实桥试验结果对多尺度有限元模型3个尺度上的结构参数进行同步修正。结果表明：修正后的参数变化情况与依托工程的实际施工情况相符;采用修正后的参数建立的多尺度有限元模型计算值与实桥试验结果吻合良好;修正后的有限元模型具有较高的精度,可真实反映实际工程中桥梁结构的受力状态。该修正方法可为桥梁结构运营期间的健康监测、状态评估、损伤检测提供可靠的分析手段。     

基于子结构的大型桥梁有限元模型修正方法

实际桥梁结构的整体有限元模型修正时自由度和单元数量较多,待修正参数多,有限元模型修正精度和效率低。为了提高有限元模型修正的效率,提出基于子结构的有限元模型修正方法。子结构方法是化整体分析为局部分析的方法,与直接修正大型桥梁有限元模型相比,子结构方法只需要计算每个子结构少量低阶模态,得到整体结构的特征解及特征解灵敏度,形成模型修正的目标方程和灵敏度矩阵,进而缩短模型修正时间。将基于子结构的模型修正方法用于怒江特大桥主桥(上承式钢桁拱桥)有限元模型修正,结果表明:修正后桥梁的前10阶频率与桥梁的模拟实测频率值相吻合,且模型修正时间仅为传统整体方法的56%。     

连续刚构桥动力特性参数识别与有限元模型修正

以东营黄河公路大桥——大跨预应力混凝土连续刚构桥为对象,首先利用ANSYS建立了全桥的三维有限元模型并进行了理论模态分析;并应用频率分解方法(FDD)和特征系统实现算法(ERA)分析了该桥所安装的健康监测系统采集的加速度响应数据,进行了桥梁动力特性参数识别;最后,在所建立的初始有限元模型和识别的实际桥梁动力特性参数的基础上,采用模型修正的方法,得到了该桥修正的有限元模型。研究结果表明,通过该桥监测系统采集的加速度数据可以较好地识别其模态参数,所识别的模态参数可作为结构动力特性修正的依据;修正后的有限元模型能更真实地反映结构的动力特性,模型修正的结果较好地反映了实际桥梁的物理特性。该模型可以作为该桥梁长期健康监测与状态评估的基准模型。     

大跨桁式钢管混凝土拱桥空间非线性有限元分析

采用共旋坐标法导出钢管混凝土杆单元在大位移、大应变条件下的空间几何、材料非线性耦合的单元切线刚度矩阵;提出了在n 1维荷载-位移空间Rn 1中求解非线性有限元方程组的位移增量法迭代格式,该格式保留了迭代刚度矩阵的部分带状性能;在此基础上编制相应的有限元程序NSTSAP(几何非线性)和NSTSAP2(双重非线性)。通过与湖南茅草街大桥拱顶节段试验模型进行对比分析发现:该方法能较好地反映桁式拱肋钢管混凝土拱桥空间受力的非线性性能。     

空间组合拱桥有限元分析

简单介绍了中山一桥的特点 ,并建立了空间杆系和空间板壳有限元模型 ,对其静力、动力、稳定性能进行了详细分析 ,为设计提供了有力的理论依据