【摘要】：由于有限元建模中存在不確定性因素的影響,大跨度拱橋初始設(shè)計(jì)模型的理論分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)之間存在一定差異.為了消除模型校驗(yàn)技術(shù)中的認(rèn)知不確定性和隨機(jī)不確定性,從而更好地進(jìn)行結(jié)構(gòu)識(shí)別,本文以來(lái)華大橋和巴溪洲大橋?yàn)槔?對(duì)其中若干關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了討論.通過(guò)合理地現(xiàn)場(chǎng)勘察與精確的有限元模擬相結(jié)合,基于靈敏度分析方法進(jìn)行不確定性參數(shù)篩選,并最終采用最小二乘法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了可靠的結(jié)構(gòu)工作狀況評(píng)估與響應(yīng)預(yù)測(cè).研究包括現(xiàn)場(chǎng)靜動(dòng)力試驗(yàn)、有限元模擬、模型校驗(yàn)、響應(yīng)預(yù)測(cè)和校驗(yàn)合理性評(píng)估等.基于精確建模和模態(tài)參數(shù)的校驗(yàn)技術(shù)可以有效地減小有限元模型與現(xiàn)場(chǎng)靜動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)果之間的誤差,使用未經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果校驗(yàn)的設(shè)計(jì)模型,進(jìn)行兩座橋梁校驗(yàn)系數(shù)的評(píng)估,分別存在著21%和23%的誤差.
【圖文】：

湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）２０１７年圖１結(jié)構(gòu)識(shí)別６步圓Ｆｉｇ．１Ｓｉｘｓｔｅｐｓｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｉｒｃｌｅ１）觀察和概念．詳細(xì)查閱結(jié)構(gòu)的圖紙記錄，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果確定結(jié)構(gòu)的建筑材料、結(jié)構(gòu)形式等，明確結(jié)構(gòu)當(dāng)前狀況和可能出現(xiàn)的損傷．２）先驗(yàn)?zāi)Ｐ停谝阎畔⒔⒊跏嫉挠邢拊Ｐ停闰?yàn)?zāi)Ｐ拖鄬?duì)于實(shí)際結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確程度可以通過(guò)對(duì)比其預(yù)測(cè)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)判定．通�？扇∮迷O(shè)計(jì)單位出具的設(shè)計(jì)模型作為先驗(yàn)?zāi)Ｐ停常┛刂圃囼?yàn)．根據(jù)校驗(yàn)?zāi)繕?biāo)選定合適的測(cè)試方案．對(duì)于初始建成的大跨度拱橋，在通車(chē)之前對(duì)其進(jìn)行靜載試驗(yàn)和隨機(jī)振動(dòng)模態(tài)試驗(yàn)是有效評(píng)定其工作狀況的方法之一．靜載卡車(chē)試驗(yàn)按照預(yù)先設(shè)定的加載工況使用卡車(chē)施加荷載，待加載穩(wěn)定，觀測(cè)橋面和拱肋控制截面的應(yīng)力與變形來(lái)判斷橋梁結(jié)構(gòu)的受力性能是否滿足要求．隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)以環(huán)境振動(dòng)作為激勵(lì)，通過(guò)安放于結(jié)構(gòu)上的單軸加速度傳感器拾取結(jié)構(gòu)振動(dòng)的時(shí)域信號(hào)．試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)分為參考點(diǎn)與移動(dòng)測(cè)點(diǎn)，，并假定參考點(diǎn)輸入信號(hào)為高斯白噪聲．４）數(shù)據(jù)分析與闡述．靜載試驗(yàn)［１８］主要測(cè)試橋梁控制截面的應(yīng)變、應(yīng)力和撓度，通過(guò)結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的反應(yīng)來(lái)評(píng)估結(jié)構(gòu)能否達(dá)到正常使用的要求．模態(tài)試驗(yàn)中，根據(jù)各測(cè)點(diǎn)的加速度時(shí)程信號(hào)，經(jīng)由快速傅里葉變換轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)．分別計(jì)算參考點(diǎn)的自功率譜以及參考點(diǎn)關(guān)于各移動(dòng)測(cè)點(diǎn)的互功率譜，最終由ＰｏｌｙＭａｘ方法求解結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率、阻尼與振型．５）模型校驗(yàn)與參數(shù)識(shí)別，也稱模型－試驗(yàn)匹配．在結(jié)構(gòu)識(shí)別的第５步模型校驗(yàn)前，首先要判斷有限元模型的準(zhǔn)確性，在精確建模并消

第５期周云等：大跨度拱橋靜動(dòng)力試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)識(shí)別的實(shí)踐圖２來(lái)華大橋照片Ｆｉｇ．２ＰｉｃｔｕｒｅｏｆＬａｉｈｕａＢｒｉｄｇｅ２．２靜載試驗(yàn)在各種不同的荷載組合作用下，鋼管混凝土拱和主跨橋面豎向變形及應(yīng)變是本次靜載試驗(yàn)的主要內(nèi)容．加載的位置主要集中在主跨１／２位置和主跨１／４位置．按照不同的車(chē)輛數(shù)分別設(shè)置沿橋梁縱軸對(duì)稱加載和偏心加載的兩種加載形式，每臺(tái)加載車(chē)輛的重量均為３００ｋＮ．來(lái)華大橋靜載試驗(yàn)共預(yù)設(shè)了２０個(gè)加載工況，其中主跨１／４位置加載１０臺(tái)車(chē)的工況如圖３所示．圖３靜載試驗(yàn)加載布置圖Ｆｉｇ．３Ｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｓｔａｔｉｃｌｏａｄｉｎｇｔｅｓｔ橋面測(cè)點(diǎn)布置在沿橋面均勻分布的８等分點(diǎn)上，位于橋面防撞護(hù)欄內(nèi)側(cè)平坦處．測(cè)試過(guò)程采用電子水準(zhǔn)儀和光學(xué)人工水準(zhǔn)儀分別進(jìn)行測(cè)量讀數(shù)，并相互校核測(cè)試結(jié)果．在進(jìn)行鋼管拱的靜載卡車(chē)試驗(yàn)前，預(yù)先將全站儀棱鏡安放在鋼管拱上各個(gè)８等分點(diǎn)位置，分別在上下游河灘安置全站儀測(cè)量各個(gè)測(cè)點(diǎn)的位移結(jié)果．２．３模態(tài)試驗(yàn)本文使用ＬＭＳＣａｄａｘ－８系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，３個(gè)參考點(diǎn)（第４＃，１１＃和１６＃測(cè)點(diǎn)，可見(jiàn)圖４的傳感器固定布置，每次測(cè)試移動(dòng)其余５個(gè)傳感器所測(cè)試的位置．測(cè)試過(guò)程：首先將傳感器豎直放置，拾取豎向的加速度時(shí)程響應(yīng)，然后將傳感器水平放置，完成橋梁橫向振動(dòng)測(cè)試．?dāng)?shù)據(jù)采集時(shí)間為１０～２０ｍｉｎ，采樣頻率為５１２Ｈｚ．由隨機(jī)子空間識(shí)別法獲得的橋面豎向振動(dòng)穩(wěn)態(tài)圖見(jiàn)圖５．圖４來(lái)華大橋模態(tài)測(cè)試測(cè)點(diǎn)布置圖Ｆｉｇ．４Ｌａｙｏｕｔｏｆｓｅｎｓｏｒｓｉｎｔｈｅａｍｂｉｅｎｔ
【作者單位】： 湖南大學(xué)土木工程學(xué)院;湖南大學(xué)工程結(jié)構(gòu)損傷診斷湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2016YFC0701400,2016YFE0127900) 國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)目(51208190)~~
【分類號(hào)】：U446

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本文編號(hào)：2538893