基于健康监测的连续刚构桥有限元模型确认(Ⅱ)——不确定性分析与模型精度评价

在下白石连续刚构桥基于响应面法的模型修正基础上,首先介绍模型确认过程试验/计算相关性分析的若干确认准则,分析模型与试验不确定性的来源;然后假定随机变量服从正态分布,采用蒙特卡罗有限元分析方法进行不确定性分析和量化,并评价模型的预测精度,实现连续刚构桥的有限元模型确认。结果表明:确认后的下白石大桥有限元模型能够很好地反映下白石大桥的真实状况,可供桥梁健康监测、损伤诊断和安全评估参考。     

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。     

基于响应面法的钢- 砼混合梁悬索桥有限元模型修正

有限元初始模型往往与实际结构间存在着某些误差,不能准确反映桥梁实际的工作状态。作者建立了某钢-砼混合梁悬索桥的有限元模型,基于桥梁荷载试验所得响应,建立其响应面模型进行优化计算,修正了有限元模型。     

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。     

某大跨连续刚构桥箱梁施工应力监测

本文介绍某大跨度连续刚构桥施工阶段的应力监测,通过对箱梁悬臂施工直至全桥合拢的应力监测数据与有限元计算结果比较分析,得到一些有意义结论。     

基于响应面法的大跨连续刚构桥长期变形预测

为把大跨连续刚构桥不可接受的变形风险降到最低,考虑结构长期变形的随机性,将响应面方法引入结构的长期变形预测。实验抽样采用中心复合设计法,响应面模型采用不含交叉项的二次多项式形式,将位移表达成各随机变量的显示函数。基于逐步回归的方法对变量的选取进行显著性分析,并采用偏相关系数分析各参数的敏感度。苏通大桥连续刚构桥主跨268m,对其主跨跨中变形采用响应面数值实验方法进行不确定性分析,并对结构的长期变形进行预测,解决确定性分析只能得到变形均值的问题。在回归分析和敏感度分析的基础上,对设计和施工提出相应的建议。     

基于健康监测系统的连续刚构桥模态识别技术研究

以一座实际连续刚构桥为例,利用为其架设的健康监测系统,对桥梁结构模态识别技术(FDD法)的应用进行了研究,并采用FDD法对该桥的模态信息进行了识别,结果表明:桥梁结构刚度较大,安全储备较高并且结构状态良好。     

基于健康监测系统斜拉桥有限元模型修正的实现

目前结构健康监测成为解决工程结构安全性和耐久性的前沿性课题。以深圳湾公路大桥斜拉桥为工程背景,采用健康监测系统提供的数据获得斜拉桥的拉索索力和模态参数。在分析设计变量对模态参数变化的灵敏度特性的基础上对建立的有限元模型进行修正,比较快速有效地得到了能够较好的反映大桥动力特性的基准有限元模型,为大桥的健康监测和损失预警研究提供了基础。     

基于有限元计算的连续刚构桥地震响应分析

文章以某连续刚构桥为工程背景,运用了大型专业有限元结构分析软件分析了不等高墩大跨连续刚构桥地震响应。对比考虑桩土效应、不考虑桩土效应以及在考虑桩土效应的基础上引入隔震摩擦摆支座的3种不同边界条件的自振频率,结果表明考虑桩土效应和加入隔震支座可以减小结构的自振频率。分别采用反应谱分析法和线性时程分析法对连续刚构桥在地震作用下各控制截面的位移和内力进行比较分析,得出结构在地震作用下的一般性规律。同时将时程分析结果与相应的反应谱分析结果比较,验证了选取地震波是否满足规范要求。     

基于响应面模型修正的桥梁结构损伤识别方法

及时、准确地发现桥梁结构的早期损伤,避免桥梁结构的突然破坏或倒塌,无疑具有重要的理论意义和重大的社会经济效益。文章提出基于响应面模型修正技术和单元模态应变能损伤指标的结构损伤识别方法,通过简支梁室内模型试验来检验方法的有效性,进而以下白石大桥为背景,通过数值模拟方法基于响应面模型修正和单元模态应变能指标进行下白石大桥支座损伤识别。结果表明:单元模态应变能损伤指标对开裂损伤和支座损伤具有较好的敏感性,可识别出多损伤位置和损伤程度,具有应用到实际工程结构进行损伤识别的潜力。     

大跨度连续刚构桥有限元建模与动力特性研究

自振频率和振型是反映桥梁结构动力特性的模态参数和评价桥梁动力性能的重要依据。以某大跨度连续刚构为例,采用大型通用分析软件ANSYS建立该桥的有限元计算模型,对其进行模态分析,得出相关模态参数,为桥梁设计和检测等提供参考。     

大跨度连续刚构桥有限元建模与动力特性分析

本文采用有限元软件ANSYS建立某大跨连续刚构桥有限元模型,通过该模型的模态分析结果和实桥的环境振动测试结果的比较,得出一些有意义结论。     

大跨度连续刚构桥体外预应力转向块有限元分析

以某座大跨度连续刚构桥的体外预应力加固工程为例,运用有限元分析软件ANSYS,分别对混凝土和钢结构转向块进行了受力分析,通过对比两类转向块在体外预应力作用下的结构内力理论计算值,分析了两类材质应用于转向块的受力特性差异,以期为同类工程提供参考。     

基于实测位移的大跨度PC连续刚构桥结构有限元模型修正方法研究

基于大跨度PC连续刚构桥跨中挠、梁底及腹板开裂等病害特点,该文以体外预应力加固某大跨度PC连续刚构桥为依托工程,提出了以中跨跨中下挠值及拉应力为控制目标的结构损伤模型修正方法,同时,根据监测结果与初始加固模型理论之间的差异,论证了该方法的准确性、快速性、实用性,可为桥梁健康评估、加固及新建工程设计提供参考。     

大跨斜拉桥结构健康监测的有限元分析模型

桥梁结构健康监测的有限元模型是桥梁结构健康评估系统的重要组成部分,它必须能够准确计算桥梁结构的整体动力特性.所建立的模型是某大跨斜拉桥结构健康监测与安全评价系统的一部分,用于传感器测点的选择、识别结构关键构件.模型的构建根据最终设计构造并以独立的结构构件为分析单元,是一个完整的有限元模型,可以精确模拟结构的刚度、几何构形和质量分布等特性.模型中采用空间梁单元模拟塔柱、斜拉索和桩,采用空间壳单元和梁单元拼装钢箱梁.考虑到桥梁跨度很大,因此考虑了拉索的垂度效应和初应力对拉索刚度的影响,采用Ernst公式对拉索弹模进行折减.模型也考虑了下部群桩基础对上部结构的影响,土的作用以桩基侧面的土弹簧模拟.由于模型误差、参数误差的存在,模型计算值与实测值通常有一定偏差,因此初步模型必须要进行修正.由于大桥尚未建成,因此完全的模型修正尚不可行,本次仅对其进行了初步校核修正.初步修正后的模型为初步确定出健康监测方案提供了依据.     

基于试验数据的吊拉组合模型桥梁有限元模型修正

为获得吊拉组合模型桥梁的基准状态,结合子结构与响应面有限元模型修正方法,建立一种新的桥梁结构有限元模型修正方法。依据构造及力学特点,划分子结构并选择待修正参数;基于方差分析,利用参数显著性检验确定待修正参数;用均匀设计方法生成待修正参数样本集,由有限元分析获得对应的响应信息后,建立每一待修正参数与目标值的响应面模型;建立自振频率和位移适应度函数线性组合的联合目标函数,利用模型桥梁的静动力试验数据,由遗传算法获得参数的修正量,实现测试结果与有限元计算结果间误差的最小化。试验结果表明:所提方法能在确保设计参数合理且具有明确物理意义的前提下,对桥梁结构有限元模型实现有效的修正。     

双薄壁墩连续刚构桥健康监测系统设计与结构性能评估方法研究

随着混凝土桥梁病害事件的增多,健康监测系统的重要性日益显现。基于某座双薄壁墩连续刚构桥结构设计方案提出适宜的健康监测系统设计理念,建立经济、可行、合理的健康监测系统,利用桥梁工作性能即时评估方法,为大桥的正常运营提供安全保障。     

连续刚构桥纠偏的有限元数值模拟

该文以翟家河大桥1号墩3号箱梁段为研究对象,研究由于施工原因引起了桥梁的偏位问题。初步的纠偏方案是:已施工的节段发生的偏位通过在其后的节段施工均匀地纠正过来。为了查看初步纠偏方案的可行性,在通用有限元软件ANSYS中建立发生偏位状态下以及正常施工状态下未发生偏位的细部结构模型,通过有限元仿真进行空间应力分析,分析已施工的箱梁段的关键截面正应力、主应力分布的变化以及变化的大小,找出最危险截面,并对最危险截面箱梁内外轮廓线上节点的X方向的第一主应力和第三主应力进行对比,计算结果为该桥初步纠偏方案的可行性提供了依据。     

大型体育场馆健康监测数据处理与模型修正研究

亚洲杯昆山足球场环形屋盖支座刚度变化大、传力路径复杂,给施工带来了相当大的困难。为此,在对结构整体施工过程进行模拟分析的基础上,对环形屋盖关键力学参数进行健康监测和评估。基于EMD方法,对监测数据原始值进行解耦处理,得到滤除随机因素影响、反映施工加载变化的趋势项。结合解耦处理的监测结果,对结构整体的理论模型进行修正,最终得到与实际情况更接近的有限元模型,并以此指导后续施工,取得了良好的效果。在此基础上,总结了大型体育场馆健康监测数据处理与模型修改的方法,以期为类似工程提供参考。     

大跨桥梁索塔有限元模型修正

首先采用不同的方法分别建立了大跨桥梁索塔的精细有限元模型和简化模型，运用环境振动实测结果对简化有限元模型进行了修正，并和精细模型计算结果相比较；研究结果表明：严格按照设计图纸建立的精细有限元模型计算得到的动力特性与索塔现场环境振动实测值之间的误差较小，而未经修正的简化模型误差较大，由此说明：大跨桥梁在有限元建模时应尽可能详细地反映结构的几何与材料特性，在此前提下，对于设计资料全面的桥梁结构，建立有限元模型时就只需要修正那些无法用数学和物理方法模拟的不确定因素。对于缺乏实测信息的在建桥梁工程，则可以应用精细有限元模型的计算结果暂时代替实测结果对简化的有限元模型进行修正。