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。     

基于二阶泰勒级数展开和风驱动优化算法的结构有限元模型修正

为得到结构响应与修正参数之间的函数关系、简化参数迭代过程，通过推导结构响应关于修正参数的一阶与二阶泰勒级数展开，并选用具有寻优效率高、全局搜索能力强的风驱动优化算法，建立了基于二阶泰勒级数展开和风驱动优化算法的结构有限元模型修正方法。同时，为求解响应关于修正参数的二阶泰勒级数展开，采用差分法近似求得响应关于修正参数的一阶和二阶偏导数。利用该方法对算例模型进行了修正，并对比了一阶和二阶泰勒级数展开的修正效果。结果表明：二阶泰勒级数展开的修正效果明显优于一阶泰勒级数展开，增加二阶偏导数项可以更好地反映响应与修正参数之间的函数关系。基于该方法，采用实桥的静动力测试数据对青林湾大桥的有限元模型进行了修正，修正后的有限元模型能够较好地反映大桥的实际状况。     

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。     

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。     

小宽跨比系杆拱桥动力特性研究

结合方山大桥工程实例,通过建立其空间有限元模型,计算了成桥状态下,方山大桥前十阶的自振频率及振型特征,并对计算结果进行了分析,探讨了主要结构参数对其动力性能的影响,为此类桥梁的设计提供了参考。     

某轻型柔性钢结构人行天桥的动力特性分析

以某轻型、柔性钢结构人行天桥为工程背景,对该人行天桥进行了现场动力测试,运用有限元分析软件SAP2000建立了该天桥的有限元模型并对其模态参数进行了分析,通过参数分析得到了结构振动频率和各参数之间的关系,更好地了解了结构的动力特性。基于这一关系及动力实测结果,对初始有限元模型进行了修正,从而得到了天桥结构的基准有限元模型,此基准有限元模型对该结构今后的加固改造及振动状态评估具有宝贵的参考意义。     

淮蚌线淮河大跨越输电塔有限元建模和修正研究

超高压大跨越输电塔构成复杂,且具有塔体高、档距大等特点,对地震、风以及导线覆冰等效应的反应灵敏。为了对其进行结构健康监测和安全评估问题的研究,需要建立能够较准确反映结构动力特性的模型。通过对淮蚌线淮河某500kV大跨越输电塔有限元模型的建立及动力特性参数的计算,结果表明:计算结果与实测结果存在较大误差,从质量、刚度及边界条件等角度进行分析,进而对有限元模型进行修正。修正后计算动力特性参数与现场测试结果基本吻合,为进一步开展输电塔结构安全评估提供了基准模型。     

基于随机子空间法的系杆拱桥模态测试分析

通过对某座采用顶推法施工的大跨径钢管混凝土系杆拱桥进行模态测试,基于随机子空间法进行模态分析,得到了桥梁结构前6阶振动模态参数;采用桥梁结构分析软件MIDAS建立有限元模型并对桥梁进行模态分析,提取了与实测前6阶模态振型相对应的模态参数。经过比较发现,桥梁实测模态振型、自振频率与理论分析结果相吻合,实测系杆拱桥的动力特性满足要求,同时验证了随机子空间法是桥梁结构模态分析的一种有效方法。     

基于灵敏度分析和优化方法的异形钢结构烟囱模型修正

为了给异形钢结构烟囱的抗风、抗震计算及健康监测提供可靠的有限元计算模型,采用钢结构烟囱风洞试验模型的模态参数作为基准,将灵敏度分析和优化方法与大型有限元分析软件相结合修正烟囱结构模型的有限元模型。首先对烟囱结构参数化建模,然后通过灵敏度分析选择合适的优化变量,最后应用一阶优化方法修正烟囱结构的有限元模型。结构构件间连接的过分简化常会带来较大误差,因此烟囱结构的部分连接节点采用半刚性计算模型。结果表明,经过修正后的有限元模型动力计算结果与试验结果非常接近。     

基于静动力测试的混凝土T形梁有限元模型修正

为建立适用于混凝土T形梁的有限元模型,以钢筋混凝土T形简支梁为研究对象,利用联合静动力的有限元模型修正方法对混凝土T形叠合梁进行模型修正.首先利用ANSYS建立混凝土T形简支梁有限元模型,根据工程经验初选混凝土弹性模量等待修正参数.构造实测响应与相应响应差值的目标函数,通过灵敏度分析,筛选待修正参数并设定待修正参数取值区间,在区间内选取5组随机的参数值作为“试验”模型,利用联合静动力的修正方法对参数进行迭代修正,修正后模型的静动力响应计算值与“试验”值吻合较好.在简支梁的基础上,将此修正方法推广到三跨连续梁,修正结果良好,验证了该方法的适用性和准确性.     

桥梁损伤识别的实用模型修正方法研究

对面向损伤识别的桥梁结构模型修正实用方法进行了研究。提出了基于振动特性测量的三步模型修正策略和综合利用通用有限元程序ANSYS的优化功能进行模型修正的方法。为了缩减待修正的参数,根据计算目标函数对每个单元参数的敏感性,进行子结构划分,通过对子结构参数的修正进行结构损伤的大致定位,然后对确定为损伤的子结构的每个单元进行参数修正,进行结构的损伤定量识别和状态评估。修正算法的优化方法采用ANSYS一阶优化方法和随机搜索方法,敏感性分析和模型修正完全基于ANSYS软件进行,较适合于实际工程的应用。为了说明方法的可行性,以某一实际三跨预应力钢筋混凝土连续箱梁桥为仿真算例,以结构模型的单元刚度衰减来模拟损伤,进行损伤识别,达到了较好的效果。     

土-桩-结构相互作用对大跨悬索桥动力特性的影响研究

本文以国内第一大跨桥梁———润扬长江公路大桥南汊悬索桥为研究对象,基于大型有限元分析软件ANSYS建立了该桥的三维有限元模型,其中采用质量-弹簧体系模拟了土-桩-结构的相互作用。以此为基础对润扬悬索桥的自振特性进行了分析,重点研究了土-桩-结构相互作用因素对大跨悬索桥动力特性的影响,与现场动力测试结果的良好吻合表明了有限元分析结果的可靠性。研究结果为大桥的损伤预警和状态评估奠定了研究基础。     

Finite element model updating on small-scale bridge model using the hybrid genetic algorithm

Finite element (FE) model-based dynamic analysis has been widely used to predict the dynamic characteristics of civil structures. FE model updating method based on the hybrid genetic algorithm, by combining genetic algorithm and the modified Nelder–Mead's simplex method, is presented to improve bridge structures' FE model. An objective function is formulated as a linear combination of fitness functions on natural frequencies, mode shapes and static deflections using measurements and analytical results to update both stiffness and mass simultaneously. A commercial FE analysis tool, which can utilise previously developed element library and solution algorithms, is adopted for applications on diversified and complex structures. The validity of the proposed method is verified by using a simply supported bridge model with three I-shaped girders. FE models such as grid, beam-shell and shell model are considered to modify initial FE models on the experimental structure. Experimental results suggest that the proposed method can be applied efficiently to various FE models and is feasible and effective when this method is applied to identify FE modelling errors.     

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。     

粘钢加固对简支T型梁桥动力特性的影响

以福建安溪清溪大桥为工程背景,首先进行了粘钢加固前后的环境振动测试和刹车等强迫振动测试,并进行了实验模态分析;其次,分别建立了粘钢加固前后全桥的有限元模型,进行了模型参数修正,并比较了加固前后桥梁动力特性的变化;最后,基于修正后的模型,考察了粘贴钢板厚度和高度、T梁横向联结程度、桥面铺装厚度以及主梁腹板损伤程度等参数对粘钢维修加固桥梁动力特性的影响。结果表明:清溪大桥加固前后动力特性测试和分析结果基本吻合,粘钢加固改造能有效提高桥梁的振动频率和整体刚度。     

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。     

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。     

不同桥梁结构多尺度建模方法比选

基于有限元软件ANSYS建立一四跨连续箱梁桥的精细模型和多尺度模型,分别利用MPC多点约束法、RBE3表面约束法、CERIG表面约束法、建立约束方程法连接多尺度模型,对五种模型在自重、桥面铺装两种工况下进行静力分析和模态分析,验证各方法的精度和合理性.分析结果表明,在静力分析中MPC法对不同单元之间的位移变形协调的模拟...     

斜拉桥运营阶段温度效应分析

以苏通大桥为计算模型,将斜拉桥的温度荷载分解为体系温差、索梁（塔）温差、主梁温度梯度以及主塔的温度梯度来考虑,利用大型通用有限元软件ANSYS研究了斜拉桥运营阶段的温度静力响应,得出了斜拉桥的温度效应不容忽．视的结论。     

淮安大桥主桥的地震响应时程分析

淮安大桥是宿淮高速公路上的一座大跨度预应力混凝土斜拉桥,其宽度在目前国内同类型桥梁中位居第一.利用ANSYS软件建立了淮安大桥的三维有限元模型,并对其动力特性进行了分析.在此基础上,应用空间非线性时程分析方法,对淮安大桥在不同地震动输入方式下的地震响应进行了计算分析.研究结果表明,淮安大桥主桥关键截面的地震响应在设计允许的范围内,对大跨度预应力混凝土斜拉桥的地震响应分析并采取相应的控制措施具有一定的借鉴意义.