基于动力测试的混凝土连续梁桥有限元模型修正

为探讨有限元模型修正方法在桥梁结构运营安全性能评估中的有效性,提出了基于动力测试的混凝土连续梁桥有限元模型修正方法。利用有限元软件ANSYS建构了装配式预应力混凝土连续箱梁桥的有限元模型,以动力试验获得竖向前6阶自振频率作为状态变量,构造目标函数。通过分析目标函数对设计参数的灵敏度,选取灵敏度高的设计参数对模型进行修正,调整了模型的物理参数,使模型计算值与试验结果在合理的误差范围内。而后对修正后的模型按照现场实桥荷载试验加载工况进行加载,用现场实桥荷载试验的结果验证了模型修正方法的正确性,表明了修正后的模型能够较准确地反映桥梁结构的实际运营状况,可作为桥梁运营安全性能评估以及维修加固的基准分析模型,具有实际的工程应用价值。     

基于静力荷载试验的连续箱梁桥结构有限元模型修正

建立了基于静力荷载试验的连续箱梁桥结构有限元模型修正方法.该方法主要包括实桥静力荷载试验、桥梁结构有限元建模、有限元模型参数修正等步骤.利用该方法对某高速公路五跨预应力连续箱梁桥进行有限元模型修正,得到了与桥梁实际静力荷载试验实测响应一致的桥梁结构静力有限元模型.经过修正的桥梁结构有限元模型(参数)是桥梁结构性能评价等结构分析工作的基础.     

考虑温度影响的桥梁结构损伤识别

在利用测量数据进行结构损伤识别中往往会遇到环境温度改变的问题。温度的改变(即温度差)的影响在利用模型修正进行损伤识别时一般被忽略了而带来一定的损伤识别误差。该文试图基于响应灵敏度分析,同时识别结构损伤和温度差。推导了动态响应对损伤参数和温度差的时域灵敏度,得到模型修正时的灵敏度矩阵;利用加速度响应数据进行模型修正进行损伤和温度差的识别。通过对一平面桁架桥梁结构进行数值模拟计算验证了方法的有效性。     

考虑边界条件约束和参数灵敏度的斜拉桥有限元模型修正

为了给五河口斜拉桥的桥梁健康监测提供一个基准的有限元模型,利用环境振动激励对斜拉桥进行了模态试验,得到了五河口斜拉桥模态参数测量值.根据设计图纸,建立精细、参数化的斜拉桥有限元模型,进行了模态分析,并将试验测量值和有限元分析值进行了匹配.对模型修正参数进行了灵敏度分析,选择了那些对目标函数和状态变量比较敏感的参数,尤其是边界条件,参与模型修正.研究表明,基于环境振动得到的模态试验测量值反映了建成后的五河口斜拉桥基本动力特性,有限元分析结果和模态试验结果匹配时出现错位,对参数施加了约束后,修正后的有限元模型更加接近实际结构,各参数修正后的物理意义明确.边界条件刚度应当作为修正参数,其修正结果反映了桥梁的实际情况.     

面向结构安全评估的大跨斜拉桥基准有限元模型

探讨了以结构安全评估为目标的大跨斜拉桥基准有限元模型建立与修正的策略与方法.采用基于灵敏度分析的模型参数修正方法建立并修正了润扬大桥斜拉桥的整体动力分析模型.在此基础上建立了扁平钢箱梁的局部应力分析模型,并采用子模型方法进行钢箱梁整体尺度与局部尺度之间的跨尺度衔接.分析结果表明,润扬大桥斜拉桥多尺度有限元模型的计算结果与实桥测试结果吻合良好,说明该多尺度模型能够较好地满足桥梁结构损伤诊断与状态评估的技术要求,可以作为该桥结构安全评估的基准有限元模型.     

基于频响函数灵敏度分析的舰艇模型修正

由结构的数值计算和试验测试得到的频响函数,给出两者的相关函数及其灵敏度的表达形式,提出了一种模型修正方法,为有限元／边界元模型修正奠定理论基础．对带有发动机和隔振系统的舰艇进行了振动频响函数的测试,得到与初始有限元／边界元模型理论计算的相关函数,利用模型修正方法对选用的特定参数进行了修正．通过与模态试验结果的比较,验证了基于振动频响函数灵敏度分析的结构有限元模型修正方法的正确性．     

基于AIS数据的船桥碰撞概率评估方法研究

针对船桥碰撞风险评估中桥梁船撞概率计算问题,基于自动识别系统(AIS)数据获得桥梁船撞影响参数,以解决现有方法中没有考虑特定桥梁航区实际通航船信息的问题.基于AIS数据分析了航行船舶动态,获得了船舶位置、航速和偏航角等参数,分析了船舶交通流,并以实际的船舶交通流对AASHTO规范模型中的几何概率进行修正;基于内河流域水流变化规律对AASHTO规范模型中的偏航概率进行修正,对比分析了修正前后的结果差异.结果表明:AASHTO规范模型没有考虑通航船舶的实际航道和速度变化情况,会导致所计算的桥梁船撞概率结果误差较大;对于船舶航行情况复杂的桥区,有必要采用基于AIS数据获得的实际通航船舶信息来估计船舶在桥区的分布情况,以提高计算结果的准确性;对于水流流速变化达到3 m/s,流向角变化达到3°的流域,应考虑水流变化对碰撞概率的影响.     

结构行为一致多尺度有限元模型修正及验证

研究面向结构健康监测和损伤评估的含局部细节的结构多尺度有限元模型的修正和验证方法.以实验室的大跨桥梁结构钢箱梁纵向加劲桁架缩尺试样为研究平台,具体讨论了多尺度模型修正和验证的实施过程.首先分析了影响此结构多尺度模型精度的一些因素,如边界约束刚度、焊趾及其附近的几何及材料参数等,然后采用基于灵敏度的方法对多尺度模型进行修正,并通过不同于修正过程的加载工况和不同位置处的实测数据从动力特性和静力响应等多方面对所建的结构多尺度有限元模型进行了验证.结果表明:基于子结构方法建立的结构行为一致多尺度模型是有效的.     

基于神经网络和遗传算法的桥梁参数优化方法与分析

在桥梁施工监控中,实测标高与理论预测标高存在差异的主要原因之一是理论计算参数存在偏差,因此对计算参数进行有效修正成为现代施工控制的一个关键问题。分析和确定了影响标高预测误差的主要参数,利用有限元分析建立了主要参数和标高之间的BP网络模型,该模型在一定参数取值范围内可以取代有限元模型预测标高,从而大大减少计算量。在建立的BP模型基础上,通过浮点编码的遗传算法对目标函数进行优化得到一组最优计算参数。对实际桥梁的计算分析表明,本文确定的分析参数物理意义明确,基于本文方法的修正能有效地提高标高预测精度,对类似桥梁的计算分析具有指导意义。     

利用响应灵敏度修正Gascogine天桥的有限元模型

用梁格法建立了香港Gascoigne天桥某一跨的有限元模型。并利用基于响应灵敏度有限元法对该有限元模型进行了修正。修正后的有限元模型计算所得到的动态响应与实测的响应比原始有限元模型所得到的吻合得好。文章表明所提方法能够对实际工程结构进行模型修正。     

石拱桥加固前后的动力特性对比分析

以某石拱桥为例,对该桥的现状和振动测试情况进行简要介绍,采用参数修正法构建加固前、后桥梁的有限元模型,将实际测量值与计算值进行比对,分析加固前、后检测桥梁的动力特性.研究表明：经过修正之后的模型和实际桥梁的动力特性基本保持一致,可为类似桥梁加固及动力分析提供参考.     

基于灵敏度分析的井架结构模型修正方法研究

从井架结构模态参数对物理参数变化的灵敏度出发,探讨了井架结构的模型修正问题.以设计参数型模型修正方法为基础,对井架结构杆件的材料、截面形状和几何尺寸等参数进行直接修正.确定优化模型的目标函数及约束变量,利用一阶优化算法对结构参数进行了优化和状态评估.通过实验室简易井架模型的分析验证了此方法的可行性.该方法为复杂井架结构的损伤识别和状态评估提供了一个新思路.修正算法的优化方法采用ANSYS一阶优化方法,敏感性分析和模型修正完全基于ANSYS软件进行,适合于实际工程的应用.     

基于桥梁健康监测的有限元模型修正研究现状与发展趋势

为了提高有限元模型修正技术的建模精度,从模型修正的对象、信息来源和其他方法3种分类方法出发,系统阐述各种有限元模型修正方法的原理,梳理各种方法的脉络关系及技术演变;从理论研究和桥梁健康监测应用2个方面,分析各种方法的应用现状及其优缺点。研究结果表明:有限元模型修正研究发展的7大方向为:1多尺度、分散子结构、代理模型、随机、非参数的模型修正方法;2基于强度理论及非线性理论的模型修正方法;3通用的模型修正算法和统一的评价准则;4数值模拟、理论分析和工程应用相结合;5充分利用桥梁工程特有的全过程信息;6开发针对桥梁结构的模型修正软件;7有限元模型确认。     

实测模态下三跨整体桥精细化基准有限元模型

以一座新建的整体式桥台桥梁(简称整体桥)为工程背景,建立服务于健康监测的精细化基准动力有限元模型.将设计阶段基于梁格法建立的全桥三维模型与采用梁-壳单元的精细化模型作为初始有限元模型,把环境激励下获取的实测模态信息(自振频率与振型)作为参照,基于参数灵敏度分析修正了上述两种结构模型.结果表明：尽管两种模型修正后都可以获得与实测模态尤其是频率值较好的吻合度,但修正后的梁格模型的模型参数严重偏离其真实的物理意义,难以作为长期监测的基准模型;而修正后的精细化梁-壳单元模型的模型参数物理意义明确,可以作为计入环境因素影响(如温度、湿度等)的结构长期监测的基准模型.该研究还基于动力试验和模型分析结果讨论了整体桥特有的结构-土相互作用的问题.     

基于回归分析的准双曲面齿轮齿面误差修正

针对准双曲面齿轮齿面加工误差的机床加工参数调整修正问题,建立了基于刀倾半展成法(HFT)的齿面方程,给出了齿面离散化方法和齿面加工误差的表达式。基于机床加工参数对齿面误差的灵敏度系数进行推导,给出了现有齿面误差修正方法的数学模型,并指出其不足。在此基础上提出了基于回归分析的齿面误差修正方法,通过加工参数的灵敏度系数向量与实测齿面误差向量的线性相关性分析来选择变量,在选取较少的加工参数作为调整变量的同时,减少了各参数所需的调整量。实际齿轮的误差修正试验证明了该方法的上述优点以及误差修正的有效性,可为其他齿面误差修正问题提供了一定的借鉴。     

基于两阶段响应面方法的结合梁斜拉桥多尺度有限元模型修正

以灌河大桥为工程背景,建立了结构精细有限元模型和多尺度有限元模型,并进行全桥环境振动试验,以获取结构的实测动力特性.基于两阶段响应面方法,分别对多尺度模型与精确有限元模型之间的误差和初步修正后多尺度模型与实际结构之间的误差进行修正,并将修正后结果与实测值进行比较.结果表明:经过两阶段响应面模型修正后的计算结果与实测结果吻合较好,最大频率相对误差不超过8%,模态保证准则MAC值基本在90%以上,说明两阶段响应面方法能够较好地进行多尺度模型修正,保证修正后的模型参数仍然具有其物理意义;修正后的有限元模型可以进一步应用于多尺度损伤识别及损伤预后,服务于桥梁健康监测及安全评估.     

桥梁结构静力模型修正响应面方法试验设计研究

在基于响应面方法的结构模型修正中,参数试验设计对于响应面模型(函数,)以及最后结构模型修正结果的精度具有决定作用.对正交、中心复合、均匀试验设计方法进行了比较和分析,并结合一片两跨连续梁结构静力试验模型修正的数值算例,分析了不同试验设计对结构模型修正结果的影响.理论和数值算例分析表明,均匀试验设计具有设计点(参数选取)较少、结构有限元计算量少,且精度可接受的优点,更适合基于响应面方法的桥梁结构模型修正.     

桥梁抗震随机响应分析及输入功率谱研究

基于抗震设计规范地面加速度反应谱曲线,生成当量的地面加速度功率谱曲线.比较了用迭代修正方法和Kaul方法生成当量功率谱曲线的效果,并对Kaul方法中基于经验的概率参数进行了修正.针对我国规范所适用的所有地区进行了系统对比,并借助于虚拟激励法对多座实际桥梁按均匀地面运动和考虑行波效应分别进行了计算比较.大量数值计算和对比研究表明,Kaul方法在按所提建议修正参数之后,精度已经比较满意,同时保持了使用简便的优点,适用于实际桥梁的随机抗震分析.     

基于Isight/Fluent联合仿真的热模型修正方法研究

为提高热模型的仿真精度,提出了一种基于Isight/Fluent协同仿真的热模型修正方法。首先运用Spearman相关级数对热模型的输入参数进行灵敏度分析,确定影响仿真精度的主要参数;然后以修正对象的实测温度值为目标,采用多岛群遗传算法对参数进行修正,得到初步修正后的模型;最后以此模型为基础,运用霍克基维斯算法对其进行精确修正。通过发热电阻对该修正方法进行验证,结果显示,在5~15 V电压下,发热电阻的仿真值与实测值误差小于5.4%,说明通过该修正方法获得的热仿真模型具有较高的精度。     

结构损伤一致多尺度模拟和分析方法

以一个重要的大跨桥梁为工程背景,基于非线性有限元分析软件ABAQUS,研究了大跨结构以损伤分析和状态评估为目标的结构多尺度模拟中的一系列关键理论和技术问题,包括多尺度建模方法和策略、基于子结构方法和基于多点约束衔接方法的多尺度建模过程,结构一致多尺度模型的修正和验证,以及应用多尺度模型进行结构损伤分析的方法与策略.研究结果表明,应用所提出的大跨结构一致多尺度建模方法和策略,能够有效地建立适用于实际大跨桥梁结构损伤分析的多尺度有限元模型,满足不同尺度下结构特性分析和局部损伤演化过程仿真计算的需要.而基于多尺度模型进行的局部疲劳损伤累积的仿真分析结果表明,发生于局部焊接细节的疲劳损伤与结构的局部应力响应之间有较大的耦合作用,在结构的多尺度损伤分析过程中应予考虑才能得到比较准确的寿命评估结果.