有限元技術(shù)由于計(jì)算精度高,能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀等優(yōu)點(diǎn),被廣泛運(yùn)用于橋梁結(jié)構(gòu)分析當(dāng)中。實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)的有限元模型是基于有限元理論,對(duì)材料屬性和邊界條件等進(jìn)行抽象和假設(shè)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的,這樣得出的分析結(jié)果是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)�。�?shí)際運(yùn)用也驗(yàn)證了有限元模型輸出的結(jié)構(gòu)響應(yīng)值與實(shí)測(cè)值存在差異。有限元模型修正通過優(yōu)化模型,使結(jié)構(gòu)的輸出響應(yīng)值與實(shí)測(cè)值不斷逼近,使得最終建立的有限元模型能夠真實(shí)反映橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)。模型修正方法的研究能夠使初始分析模型更為精確,這有助于建立更加完善的橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),為橋梁結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別和修繕加固工作提供幫助,也能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者提供更為經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)思路等,具有相當(dāng)大的工程應(yīng)用價(jià)值。本文的主要工作包括:(1)對(duì)該課題的國(guó)內(nèi)外研究歷程進(jìn)行了梳理,重點(diǎn)介紹了該課題的研究意義及難點(diǎn),模型修正方法的基本原理、方法的分類及各自的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)等。(2)對(duì)本文中運(yùn)用在有限元模型修正中的兩種方法-響應(yīng)面法和子結(jié)構(gòu)法進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹,包括其基本原理和概念。重點(diǎn)對(duì)基于響應(yīng)面法的有限元模型修正流程做了詳細(xì)介紹,包括試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的分類和比較,待修正設(shè)計(jì)參數(shù)的選取及其顯著性分析,響應(yīng)面模型形式的選擇、構(gòu)建方法和精度驗(yàn)證方法,目標(biāo)函數(shù)的構(gòu)建,響應(yīng)面模型優(yōu)化算法的選擇等。(3)對(duì)基于響應(yīng)面法的模型修正技術(shù)的適用性開展了實(shí)例驗(yàn)證�；谝蛔诵袕潣�,建立了有限元分析模型,選取結(jié)構(gòu)特征值和顯著參數(shù),基于響應(yīng)面法構(gòu)建響應(yīng)面模型并對(duì)初始有限元模型進(jìn)行修正模擬,進(jìn)而將該方法運(yùn)用到該人行彎橋結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別中。研究結(jié)果表明,響應(yīng)面法在有限元模型修正和結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別領(lǐng)域表現(xiàn)良好,具有很好的實(shí)用性。(4)對(duì)于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu),基于響應(yīng)面法和子結(jié)構(gòu)的有限元模型修正技術(shù)同樣適用。本文結(jié)合武漢三官漢江矮塔斜拉橋?yàn)楸尘?利用子結(jié)構(gòu)法,對(duì)全橋進(jìn)行了結(jié)構(gòu)劃分,使用初始設(shè)計(jì)參數(shù)建立了該橋有限元分析模型。通過均勻設(shè)計(jì)安排試驗(yàn)得到若干樣本數(shù)據(jù),擬合得出了響應(yīng)面模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式并進(jìn)行精度檢驗(yàn)。最后,使用該橋配備的橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的動(dòng)、靜力數(shù)據(jù)對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行迭代優(yōu)化,從而獲得顯著設(shè)計(jì)參數(shù)的修正值。研究結(jié)果表明,將修正值代入到初始有限元模型中后,得到的結(jié)構(gòu)響應(yīng)值與實(shí)測(cè)值間的誤差有較大的改進(jìn),驗(yàn)證了基于響應(yīng)面法和子結(jié)構(gòu)法的有限元模型修正技術(shù)在實(shí)際大型復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)中運(yùn)用的可行性。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U441
【部分圖文】：

進(jìn)入 21 世紀(jì)，由于早期的建設(shè)水平和設(shè)計(jì)水平的不足，部分舊橋達(dá)不到段的規(guī)范要求，加上較長(zhǎng)的服役時(shí)間，橋梁的通行安全需要重新進(jìn)行評(píng)估。，由于開發(fā)者的投資著重于橋梁建筑在施工期間的投資成本和工期，而不是計(jì)使用年限內(nèi)的總價(jià)值，導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員將橋梁設(shè)計(jì)的重點(diǎn)集中在了施工成控制和結(jié)構(gòu)的短期性能優(yōu)化上，甚至將橋梁的視覺美觀效果盲目的擴(kuò)大化，梁結(jié)構(gòu)的耐久性和使用年限被置于較低的優(yōu)先級(jí)水平。再加上相當(dāng)一部分梁設(shè)計(jì)方案并未考慮到在橋梁使用壽命內(nèi)結(jié)構(gòu)的維護(hù)修繕以及部件更換等列工作。因此很有必要對(duì)這些橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)工作，判斷出結(jié)構(gòu)的損傷部損傷情況，進(jìn)一步預(yù)測(cè)其剩余的使用壽命。在我國(guó)，由于各種主、客觀原因，橋梁垮塌事件[1]時(shí)有發(fā)生。圖 1-1 為陜水河大橋的坍塌現(xiàn)場(chǎng)，事故致使 316 國(guó)道旬陽(yáng)至白河段交通中斷。圖 1-2 為江鐵力大橋的坍塌現(xiàn)場(chǎng)，該橋其中一幅的中間 4 孔段（長(zhǎng) 120 米左右）橋梁。通過查閱相關(guān)資料及新聞媒體的報(bào)道，收集了 2000 年以來(lái)我國(guó)坍塌的部梁，見表 1-1 所示。

進(jìn)入 21 世紀(jì)，由于早期的建設(shè)水平和設(shè)計(jì)水平的不足，部分舊橋達(dá)不到段的規(guī)范要求，加上較長(zhǎng)的服役時(shí)間，橋梁的通行安全需要重新進(jìn)行評(píng)估。，由于開發(fā)者的投資著重于橋梁建筑在施工期間的投資成本和工期，而不是計(jì)使用年限內(nèi)的總價(jià)值，導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員將橋梁設(shè)計(jì)的重點(diǎn)集中在了施工成控制和結(jié)構(gòu)的短期性能優(yōu)化上，甚至將橋梁的視覺美觀效果盲目的擴(kuò)大化，梁結(jié)構(gòu)的耐久性和使用年限被置于較低的優(yōu)先級(jí)水平。再加上相當(dāng)一部分梁設(shè)計(jì)方案并未考慮到在橋梁使用壽命內(nèi)結(jié)構(gòu)的維護(hù)修繕以及部件更換等列工作。因此很有必要對(duì)這些橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)工作，判斷出結(jié)構(gòu)的損傷部損傷情況，進(jìn)一步預(yù)測(cè)其剩余的使用壽命。在我國(guó)，由于各種主、客觀原因，橋梁垮塌事件[1]時(shí)有發(fā)生。圖 1-1 為陜水河大橋的坍塌現(xiàn)場(chǎng)，事故致使 316 國(guó)道旬陽(yáng)至白河段交通中斷。圖 1-2 為江鐵力大橋的坍塌現(xiàn)場(chǎng)，該橋其中一幅的中間 4 孔段（長(zhǎng) 120 米左右）橋梁。通過查閱相關(guān)資料及新聞媒體的報(bào)道，收集了 2000 年以來(lái)我國(guó)坍塌的部梁，見表 1-1 所示。

圖 1-3 武漢三官漢江公路大橋橋梁建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，矮塔斜拉橋在未來(lái)具有廣泛塔斜拉橋的有限元模型修正進(jìn)行研究對(duì)構(gòu)建相配套的。此外，該研究還會(huì)推動(dòng)以下幾個(gè)方面的發(fā)展。過修正后的有限元模型進(jìn)行分析計(jì)算，得到的動(dòng)、靜橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際特征。如橋梁的抗風(fēng)問題和抗震問題橋梁結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別領(lǐng)域[8]，尤其在能夠確定損傷部用修正后的有限元模型可以實(shí)現(xiàn)損傷識(shí)別的目標(biāo)。與以大量減少傳感器的布設(shè)。另外，采用修正后的精確果才具有現(xiàn)實(shí)意義。過實(shí)橋的模型修正研究，減少了初始分析模型與實(shí)際實(shí)際，可以為同類型橋梁建模提供經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)。保養(yǎng)修繕工作提供理論依據(jù)。塔斜拉橋的有限元模型修正方法對(duì)于其他結(jié)構(gòu)的模型值。
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