【摘要】：橋梁結(jié)構(gòu)在長期服役過程中不可避免的會受到環(huán)境的侵蝕、材料的老化以及荷載的反復作用,這都會使橋梁結(jié)構(gòu)的力學性能發(fā)生改變。僅根據(jù)設計圖紙建立的有限元模型與在役橋梁的實際工作狀態(tài)存在較大的差異,需要對初始的有限元模型進行修正。論文以一座在役的鋼管混凝土拱橋為工程背景,通過健康監(jiān)測系統(tǒng)獲得結(jié)構(gòu)的動力實測數(shù)據(jù),分別使用頻域峰值法與時域隨機子空間法識別了該橋的工作模態(tài),隨后通過參數(shù)對固有頻率的靈敏度分析篩選出主要待修正參數(shù)。最后分別使用基于一階優(yōu)化算法和基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡響應面的方法,實現(xiàn)有限元模型的修正,并比較了兩種修正方法的優(yōu)缺點。論文方法可供實際橋梁有限元模型修正參考。論文的主要工作和結(jié)論包括:1.據(jù)蕪湖袁澤橋原始設計圖紙,建立了該橋的初始有限元模型,基于特征值計算,進行了理論模態(tài)分析,得到了該橋的固有頻率和振型。2.介紹了蕪湖袁澤橋長期健康監(jiān)測系統(tǒng),根據(jù)健康監(jiān)測獲取結(jié)構(gòu)的動力實測(環(huán)境振動)響應數(shù)據(jù),進行實驗模態(tài)分析。分別采用頻域峰值法和時域隨機子空間識別,識別出了該橋的實際固有頻率。結(jié)果表明,兩種方法識別結(jié)果基本吻合,兩種不同識別方法的相互驗證,確保了固有頻率識別結(jié)果的可靠性,能夠作為有限元模型的修正基礎。3.橋梁有限元模型修正的關鍵問題之一是修正參數(shù)的選擇,采用靈敏度分析方法,通過對可能影響結(jié)構(gòu)固有頻率的參數(shù)進行靈敏度分析,篩選出靈敏度較大的五參數(shù)作為待修正參數(shù)。4.將有限元計算與實測的固有頻率值進行分析對比,分別采用基于一階優(yōu)化算法和基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡響應面的方法,對蕪湖袁澤橋的初始有限元模型進行修正和比較分析。結(jié)果表明,兩種方法修正結(jié)果基本一致。所以無論是基于一階優(yōu)化算法,還是基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡響應面的方法,均能夠完成有限元的模型修正。兩方法各有千秋,應用中根據(jù)需要適當選取。
【圖文】：

圖 2.2 蕪湖袁澤橋效果圖Fig. 2.2 Design sketch of Wu Hu Yuan Ze Bridge2 有限元模型所采用的單元簡介蕪湖袁澤橋有限元模型采用通用有限元軟件 ANSYS 建立，對橋梁結(jié)構(gòu)的不件分別采用不同的有限元單元[37-39]進行模擬，，使得限元模型更加細致，計算更加準確。模型中不同的有限元單元簡介如下。2.1 Beam4 梁單元Beam4 單元是一種能夠承受拉、壓、彎、扭的三維等截面梁單元。這種單每個節(jié)點上具有 x、y、z 三個方向的線位移和繞 x、y、z 三個軸的角位移。這元通過直接輸入實常數(shù)的方式定義單元的特性，具有運行速度快，占用計算源少的特點。對于計算應力剛化及大變形的問題，可以通過一個相容切線剛陣的選項用來考慮大變形。式（2-1）、式（2-2）為 Beam4 單元的剛度矩陣與矩陣，其單元空間形式如圖 2.3。

48結(jié)構(gòu)振動 主梁 991B 拾振器 8吊索/系桿力 吊索/系桿 LC0166M 單向加速度傳感器 8結(jié)構(gòu)溫度 拱肋 共用振弦應變計 16圖 3.1 主要傳感器布置圖Fig. 3.1 Arrangement diagram of main sensors
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U441;U446

【參考文獻】

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1 馬建;孫守增;楊琦;趙文義;王磊;馬勇;劉輝;張偉偉;陳紅燕;陳磊;康軍;;中國橋梁工程學術研究綜述·2014[J];中國公路學報;2014年05期

2 劉瑞江;張業(yè)旺;聞崇煒;湯建;;正交試驗設計和分析方法研究[J];實驗技術與管理;2010年09期

3 任偉新;陳華斌;;基于響應面的橋梁有限元模型修正[J];土木工程學報;2008年12期

4 鄧苗毅;任偉新;;基于響應面方法的結(jié)構(gòu)有限元模型修正研究進展[J];鐵道科學與工程學報;2008年03期

5 張連振;黃僑;;基于優(yōu)化設計理論的橋梁有限元模型修正[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;2008年02期

6 郭彤;李愛群;費慶國;王浩;;零階與一階優(yōu)化算法在懸索橋模型修正中的應用對比分析[J];振動與沖擊;2007年04期

7 智翠梅;;均勻設計及優(yōu)化[J];化工中間體;2007年03期

8 向天宇;趙人達;蒲黔輝;劉海波;;基于靜力測試數(shù)據(jù)的裝配式混凝土簡支梁有限元模型修正[J];公路交通科技;2006年10期

9 任偉新;林友勤;彭雪林;;大跨度斜拉橋環(huán)境振動試驗與分析[J];實驗力學;2006年04期

10 郭勤濤;張令彌;費慶國;;結(jié)構(gòu)動力學有限元模型修正的發(fā)展——模型確認[J];力學進展;2006年01期

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2 袁愛民;基于靈敏度分析的有限元模型修正技術若干關鍵問題研究[D];東南大學;2006年

本文編號：2554134