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。     

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。     

藏式宫殿建筑门厅结构动力特性识别与有限元模型修正

门厅结构是藏式宫殿建筑地垄结构中唯一的木构架承重结构。由于木构架的残损,可导致其刚度和承载能力均有所降低。为研究某藏式宫殿门厅结构的动力特性及安全性能,通过环境激励下的结构动力特性现场测试识别了门厅结构的东西向和南北向振动的前3阶模态参数。按照实际尺寸建立门厅结构的精细化有限元模型,通过模型设计参数灵敏度分析,确定边界弹簧刚度参数和顺纹承压木构件材性参数作为模型修正参数,基于实测结果采用参数型模型修正方法,使修正后模型的各阶模态频率计算值与实测值的误差小于5%,振型残差小于0.3,振型模态置信准则(modal assurance criterion,MAC)值大于0.9,表明修正后的模型可以较好地反映门厅结构的真实动力特性,可用于后续藏式宫殿门厅结构的状态评估。     

考虑相互作用影响的堆石料动力参数反演

通过黏弹性人工边界及相关的等效结点力法实现了半无限域的地震动输入,采用多种群遗传算法和径向基神经网络构建参数反演平台,建立了考虑坝基相互作用及辐射阻尼影响的土石坝动力参数反演分析模型。多种群遗传算法优化得到坝体堆石料动力参数,可有效避免传统遗传算法的早熟问题;经过训练的径向基神经网络描述模型参数和加速度反应谱值之间的映射关系,节省参数反演的计算时间。对鲤鱼潭大坝动力参数的反演结果表明,测点加速度与实测值吻合较好。考虑相互作用的反演得到堆石料最大动剪模量系数C值最大,刚性地基模型反演结果居中,室内动三轴试验值最小,工程应用时室内试验值应予以修正。     

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。     

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。     

基于健康监测的连续刚构桥有限元模型确认(Ⅰ)——基于响应面法的有限元模型修正

有限元模型修正不能考虑不确定性和进行响应预测,而模型确认是模型修正的发展,该系列论文建立了桥梁有限元模型确认的基本方法。主要讨论模型确认的关键步骤之一——基于响应面的桥梁有限元模型修正方法,包括试验设计、参数筛选、响应面模型选择以及模型检验等;基于下白石大桥的实时健康监测,利用响应面方法成功地对下白石大桥的有限元模型进行修正。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,最大相对误差不超过6%,修正后的有限元模型可以进一步应用于模型确认,对桥梁健康监测和安全评估有益。     

基于动态特性灵敏度分析的斜拉桥有限元模型修正

采用基于动态特性灵敏度分析理论对润扬大桥斜拉桥的有限元模型进行修正,建立了最终的全桥结构有限元模型,较为准确的反映了桥梁的实际结构动力特性。     

桥梁健康监测多尺度分析模型研究综述

健康监测作为评估桥梁结构长期性能的有效手段之一,通常需将检测数据与合理的有限元模型数据相比,因此进行多尺度分析模型及其修正进行探讨尤为重要。综述适用于桥梁健康监测的基于实体退化与基于子结构的多尺度分析有限元模型研究方法,并对有限元模型进行修正的主要方法,基于响应面的多尺度模型有限元模型及其基于神经网络的有限元模型修正主要步骤,亟待解决的主要问题进行总结。     

Dynamic test and finite element model updating of bridge structures based on ambient vibration

The dynamic characteristics of bridge structures are the basis of structural dynamic response and seismic analysis, and are also an important target of health condition monitoring. In this paper, a three-dimensional finite-element model is first established for a highway bridge over a railroad on No.312 National Highway. Based on design drawings, the dynamic characteristics of the bridge are studied using finite element analysis and ambient vibration measurements. Thus, a set of data is selected based on sensitivity analysis and optimization theory; the finite element model of the bridge is updated. The numerical and experimental results show that the updated method is more simple and effective, the updated finite element model can reflect the dynamic characteristics of the bridge better, and it can be used to predict the dynamic response under complex external forces. It is also helpful for further damage identification and health condition monitoring.     

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。     

地锚式悬索桥动载响应及优化研究

以加劲式混凝土悬索桥为研究对象，在建立的有限元模型的基础上，通过编制ANSYS参数化语言程序，模拟了桥梁在移动动载荷作用下的响应分析。动载响应分析完成后，借助于ANSYS自带的优化模块，使用改进的多目标函数非线性规划法，对桥梁进行了相关的体型优化研究。     

中承式拱桥动力分析的三维有限单元模型

在分析拱桥结构构造特点的基础上 ,考虑了各种结构参数 (结构及非结构质量的分布和偏心、结构刚度、边界条件等 )对中承式拱桥的自振特性的影响 ,对宽翼T形板构成的桥面采用三种有限单元模型 ,建立了拱桥的空间三维计算模型 ,并将其应用于浙江省某大桥的动力特性的计算[1] 。通过对三种有限元建模方式的计算结果的比较 ,说明改进的鱼骨式单梁法应用于这种宽翼T形板组成的桥面是适用的     

泰东河特大桥主桥自振特性分析

以江海高速公路泰东河特大桥主桥为研究对象,采用Midas有限元程序,建立了连续梁桥的空间力学计算模型,利用子空间迭代法计算了该桥梁结构的自振周期和振型,对桥梁的模态特性进行了分析与研究,计算结果可为该桥的设计、施工以及使用阶段的健康检测和维护提供技术参数和依据.     

大型结构有限元仿真建模及模态分析探究

基于结构力学特性,以悬索桥为例在ANSYS有限元软件环境下探究了大型结构有限元参数化建模及其模态分析方法,通过与实测资料对比,表明此方法合理,为同类大型复杂结构的响应分析和优化设计提供了理论依据。     

Dynamic test and finite element model updating of bridge structures based on ambient vibration

The dynamic characteristics of bridge structures are the basis of structural dynamic response and seismic analysis, and are also an important target of health condition monitoring. In this paper, a three-dimensional finite-element model is first established for a highway bridge over a railroad on No.312 National Highway. Based on design drawings, the dynamic characteristics of the bridge are studied using finite element analysis and ambient vibration measurements. Thus, a set of data is selected based on sensitivity analysis and optimization theory; the finite element model of the bridge is updated. The numerical and experimental results show that the updated method is more simple and effective, the updated finite element model can reflect the dynamic characteristics of the bridge better, and it can be used to predict the dynamic response under complex external forces. It is also helpful for further damage identification and health condition monitoring. __________ Translated from Chinese Journal of Huazhong University of Science and Technology (Urban Science Edition), 2006, 23(4): 57–60 [译自: 华 中科技大学学报(城市科学版)]     

某双曲拱桥的动静力测试及承载能力评估

本文以某双曲拱桥的承载力评估为例,在总结几种有限元模型离散方法的基础上,结合双曲拱桥的结构形式,提出采用梁板结合的模拟方法,用大型通用有限元软件ANSYS进行了双曲拱桥的模型建立.同时,阐述了双曲拱桥的动载及静载试验的试验方法与过程,包括用等代荷载的方法确定荷载车辆、各种工况的分级加载、动载及静载试验测点的布置.依据有限元分析结果与动静力荷载结果的对比分析,对工程实例桥的承载能力进行了评估分析,得出了该桥当前的结构性能和状况.结果表明,正确的计算模型是评定双曲拱桥承载能力的关键,有限元法中的板梁法结合双曲拱桥的结构形式,是双曲拱桥结构空间分析的一种有效方法,以有限元理论分析和动静力荷载试验相结合的方法能较为全面地评定双曲拱桥的承载能力,可为同类桥梁计算分析及承载能力评定提供参考.     

大跨悬索管道桥的动力特性分析

以某输油管道桥的设计方案为背景,讨论了该悬索桥的动力特性以及传输介质质量、主缆间的交叉网和水平索系与水平面的夹角对悬索管道桥动力特性的影响。研究表明:大跨度悬索结构由于柔度较大,频率分布较为密集,控制结构振动响应的一阶竖向弯曲和横向弯曲频率的数值都较低,传输介质的计入较大地降低了结构的各阶频率,两条主缆间添加轻质高强交叉网后,结构的扭转刚度得到显著提高,不同水平索系与水平面的夹角影响竖弯和侧弯基频,对扭转刚度影响不大。