大跨桥梁索塔环境振动测点布置研究

本文探讨了大跨桥梁索塔有限元模型在传感器振动测点布置方面的应用，首先对索塔有限元模型进行模态分析，采用以MAC矩阵的非对角元素为目标函数，通过增加或减少测点自由度使MAC矩阵的非对角元素趋于最小来确定索塔环境振动测点位置的最优布置。然后，运用试验室斜拉桥缩尺模型索塔不同布点方案的测试结果来验证索塔振动测点布置的有效性。研究结果表明：由缩尺模型桥的索塔不同布点方案测得的试验数据得出的测点布置和有限元计算得出的测点布置结果是一致的，因此，从模型试验的角度验证了根据有限元分析结果得出的索塔环境振动测点布置是有效的。     

古塔有限元模型的建立及修正

古塔的动力特性是评价结构抗震性能和损伤状态的重要指标。本文首先根据测绘资料采用有限元软件ANSYS建立秦峰塔的初始有限元模型,然后利用现场环境振动实测数据修正所建立的有限元模型并进行模态分析。结果表明:修正后的有限元模型模态分析计算结果和现场测试数据相比,误差较小,从而说明文中所建立的有限元模型是比较可靠的,可以为古塔的后续动力响应分析提供理论分析模型。     

在役T构桥梁的有限元模型修正

有限元模型修正是建立精确的基准有限元模型的基础。以在役T构桥梁——324国道乌龙江大桥为工程背景,利用ANSYS软件建立了全桥结构的三维有限元模型,进行了结构静、动力数值模拟分析,并与实测结果进行了比较;结果表明,未修正的有限元模型计算结果与实测结果存在较大误差。通过参数灵敏度分析,确定了对桥梁结构静、动力特性影响均较大的参数;采用零阶和一阶算法,基于自振频率与静力挠度组合的目标函数,对乌龙江大桥有限元模型进行了修正。修正后的有限元模型能较真实地反映结构的实际状态,可作为该桥梁长期健康监测与状态评估的基准有限元模型。     

润扬大桥悬索桥索塔结构动力特性实测

润扬长江公路人桥是我国在建规模最大的索支承结构，索塔作为其中一个重要的结构组成部分，掌握其结构动力特性，可以完善理论分析模型，从而为全桥模型的建立和进一步建立润扬大桥结构安全健康监测系统提供最原始的指纹数据。本次测试是在严格符合各项操作规程的条件下，采用环境激励法完成的，在对测试数据进行统计分析后，获得了索塔结构动力特性，并在此基础上，修正了理论模型。然后，对模型进行了有限元模态分析，所得结果与测试结果比较，相当接近，误差极小，证实了理论模型的正确性和可靠性。并在实测结果和理论模型分析结果的基础上，建立了索塔的有限元杆系模型，通过对其进行模态分析，结果进一步论证了理论实体模型的精确性。     

基于Kriging代理模型的异形钢桁架桥有限元模型修正

文章通过实例介绍了运用Kriging代理模型修正有限元模型参数的方法。选取宣城市滨湖路钢桁架桥作为研究对象,建立其有限元计算模型,通过环境激励试验,测量出桥梁结构的振动响应与基本频率,建立了关于桥梁结构参数与结构响应之间的Kriging代理模型。利用所建立的Kriging代理模型修正原有限元模型,并验算修正后的有限元模型的精度。研究结果表明,基于Kriging代理模型的有限元模型修正方法,可以利用桥梁的荷载试验结果对桥梁进行有限元模型的参数修正,Kriging代理模型的预测结果与实测结果吻合较好。     

基于响应面的桥梁有限元模型修正

采用试验设计和回归分析方法,以显式的响应面模型逼近特征量与设计参数间复杂的隐式函数关系,得到简化的结构模型(Meta-model),给出有限元模型修正过程。针对复杂的土木工程结构,讨论样本选择、修正参数选取以及如何从众多因素中较合理地建立结构的响应面模型。用数值模拟算例和六跨连续梁桥环境振动试验结果,实现基于响应面模型的土木工程结构有限元模型修正,并与传统的基于灵敏度方法直接对结构有限元模型修正结果进行比较。结果表明,基于响应面方法的有限元模型修正和验证,能显著提高修正的效率,修正过程计算简洁、迭代收敛快,避开每次迭代都需要进行有限元计算,易于工程实际应用。     

基于小波神经网络的新沂河大桥有限元模型修正

以新沂河大桥——预应力混凝土连续梁桥为工程背景,提出了一种基于小波神经网络(WNN)的有限元模型修正方法。该方法首先以不同设计参数条件下有限元模型计算频率作为网络输入,并以主梁混凝土材料密度和弹性模量、支座与伸缩缝处纵、横向约束刚度作为网络输出。进而利用小波神经网络来逼近两者之间的非线性映射关系,并验证该网络的精度及其泛化能力。结合实桥环境振动试验数据,利用保存的网络参数及神经网络的泛化特性,得到有限元模型设计参数的修正值。结果表明:有限元模型修正后的计算结果与实测结果比较吻合,最大误差不超过5%,修正后的有限元模型能较好地反映桥梁的真实状态。     

基于舒适度的钢桁架-混凝土组合楼板动力特性研究

大跨楼盖结构的振动舒适度问题在结构设计中不可忽视,钢桁架-混凝土组合楼板是大跨结构中常用的楼板形式。针对该类型楼板的振动舒适度问题,建立简化层合梁模型以及精细的层合板模型,分析结构动力特性的影响因素和影响机理,并建立某真实结构的参数化有限元模型,计算细部构件对楼板振动频率影响规律。研究表明：当混凝土板和钢桁架的弹性模量比、质量密度比满足一定条件时,存在“分界点”使得随着混凝土板厚增加,组合楼板基频先降低后增加。进行舒适度计算或减振设计时,应注意是否存在“分界点”以及“分界点”位置;增大混凝土板弹性模量或减小密度能提高楼板基频,但对基频改变不明显;工程上可通过适当提高下弦杆和腹杆截面惯性矩、提高桁架高度和减小楼板跨度等方法提高组合楼板频率。     

悬索桥主塔结构的有限元模拟方法研究：1．初始模型

在有限元模型误差来源分析的基础之上,以润扬悬索桥主塔结构环境振动测试结果为基准,提出了分层次分阶段的修正主塔结构有限元模型的方法。首先依据设计图纸建立最初的有限元模型,经过模型阶次误差分析和结构误差分析之后,确定了主塔各构件单元划分的数目和梁柱节点刚性区域的模拟方法。在此基础之上,文献[1]将进一步对本文所建立的初始有限元模型进行参数误差的修正,从而最终建立润扬悬索桥主塔结构的基准有限元模型。     

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。     

基于现场检测及有限元分析的铁塔工程安全性评估

本文探讨了铁塔钢结构工程的检测项目与检测方法,首先,通过对某铁塔工程的倾斜率、尺寸、涂层厚度、连接质量等各项参数的现场检测,并结合环境激励的方法对铁塔工程进行动力特性测试。然后,根据现场实测数据及设计图纸资料,利用ANSYS有限元软件建立铁塔结构的有限元模型并进行分析。分析结果表明:铁塔工程的有限元模型动力特性计算结果和现场实测结果相比较接近,说明所建立的有限元模型可以满足工程需要,并可以为进一步分析提供基础。最后,对该有限元模型在设计荷载作用下进行静动力响应分析,计算结果表明:铁塔结构各构件的抗力和作用效应之比均大于1.0,说明该铁塔工程在目前状况下其承载能力可以满足正常使用要求。     

脱硫塔结构的有限元分析及动力简化计算

利用有限元方法对某电厂烟气脱硫吸收塔进行结构计算分析,得到塔体的频率、振型等动力特性,然后对塔体结构建立等效简化地震反应分析模型.分别对实体模型和简化模型输入地震波,进行动力分析,研究塔体结构的抗震性能,数据比较表明:实体模型与简化模型的地震反应吻合较好.建议在设计脱硫吸收塔结构时可采用此简化方法对其进行地震作用的计算分析,以满足工程设计的实际需要.     

风力发电结构动力反应的一体化有限元模型分析

本文通过对风力发电结构系统地震作用下的动力反应的大量研究,提出了一种可用于分析风力发电结构的"桨叶—塔体—基础"一体化有限元模型,并结合土-结构相互作用的分析形成了另一种对比模型。利用上述分析模型对风力发电结构分别进行动力荷载作用下的模态分析和动力时程分析。结果表明,地震作用下考虑土-结构相互作用对风力发电结构动力响应的影响不容忽视,并且可为工程设计提供参考。     

圆端形椭圆钢管混凝土短柱局部轴向受压性能研究

圆端形椭圆钢管混凝土构件作为新型异形钢管混凝土构件,具有合理的主、次轴分布和较小的阻流系数,可应用在桥梁墩柱、高架柱和拱塔上,然而目前对其局部轴向受压性能的理论研究尚有不足。提出了一种圆端形椭圆核心约束混凝土等效本构关系模型,考虑了圆端形椭圆截面特征、材料非线性、钢管与核心混凝土的复杂接触问题,建立了局压作用下圆端形椭圆钢管混凝土短柱的数值分析模型;通过试验验证了有限元分析模型的准确性;系统研究了局压面积比、钢材强度、混凝土强度、含钢率、长宽比、截面面积和垫块形状等诸多参数对其局压承载力的影响,揭示其工作机理和破坏模式,基于统一理论提出了圆端形椭圆钢管混凝土短柱的局压承载力计算方法。研究结果将为圆端形椭圆钢管混凝土柱设计和应用提供参考依据。     

脱硫塔结构的有限元分析及动力简化计算

利用有限元方法对某电厂烟气脱硫吸收塔进行结构计算分析,得到塔体的频率、振型等动力特性,然后对塔体结构建立等效简化地震反应分析模型。分别对实体模型和简化模型输入地震波,进行动力分析,研究塔体结构的抗震性能,数据比较表明:实体模型与简化模型的地震反应吻合较好。建议在设计脱硫吸收塔结构时可采用此简化方法对其进行地震作用的计算分析,以满足工程设计的实际需要。     

基于代理模型的无砟轨道模拟方法及其在车-线-桥分析中的应用

为解决轨道结构有限元建模的复杂性和计算效率低等问题，针对桥上双块式无砟轨道结构，该文提出一种新型的无砟轨道简化方法：K-G离散点支承梁模型。利用自适应Kriging代理模型，建立了无砟轨道简化模型与精细化模型响应间的对应关系，采用遗传算法(GA)确定了简化模型的结构参数，并与精细化模型进行对比，验证了简化模型的准确性。最后，将该无砟轨道简化模拟方法应用于某大跨铁路拱桥，进行车-线-桥耦合分析，结果表明：K-G离散点支承梁模型的竖向位移响应计算结果与精细化有限元模型结果比较吻合，最大相对误差不超过5%，可以进一步应用于车-线-桥耦合振动分析。     

悬索桥主塔结构的有限元模拟方法研究：2.模型修正与验证

本文在文献[1]建立的润扬悬索桥主塔的初始有限元模型基础上,采用基于灵敏度分析的模型参数修正方法,结合主塔动力特性的测试结果对主塔的初始有限元模型进行了动力修正。通过三种修正方案的比较,可以看出考虑梁柱节点刚域的影响以及修正参数的上、下限值约束的修正方案最可行。修正后的润扬悬索桥主塔模型能全面、正确地反映主塔结构的动力特性,可作为主塔结构健康监测与安全评估的基准有限元模型。