基于正分析模型修正的桥梁安全评定若干关键问题研究

发布时间：2016-12-14 14:23

  本文关键词：基于正分析模型修正的桥梁安全评定若干关键问题研究，由笔耕文化传播整理发布。

《哈尔滨工业大学》 2013年

基于正分析模型修正的桥梁安全评定若干关键问题研究

张石磊  

【摘要】：随着经济的发展，我国建设了大量的桥梁，它们架设在神州大地的各个重要交通枢纽之上，为经济的健康发展提供了重大的推动作用。但是众多已建桥梁缺乏合理的维修养护，加之它们所处的复杂环境和频繁穿梭的车流，，导致许多已建桥梁出现了不同程度的损坏。为此，就需要对它们进行安全评定以便给予及时的修缮。 虽然现在已经研究了很多桥梁安全评定方法，但是在桥梁安全评定领域还有很多问题需要深入研究。例如：因为实测数据不足、实测指标对损伤不敏感等原因导致反问题定解条件不足、模型修正结果非唯一，所以难以完全准确的获得桥梁力学模型来评估桥梁性能；对于大跨度桥梁，当考虑多个车辆荷载在桥面二维动态移动时，确定最不利加载位置所需考虑的工况组合将变得极多，所以此时难以高效的确定安全评定所需的最不利加载位置及最不利内力；虽有一些方法利用可靠度指标等物理量预测结构的寿命，但是多数安全评定方法没有很好的建立全面反映结构性态随时间演化规律的模型库，这导致难以有效预测结构未来短期内的各项安全性态指标。 针对以上问题，本文研究了一种基于正分析模型修正的桥梁安全评定方法。具体研究内容如下： 首先，提出了一种考虑主次因素的分步均匀设计正分析模型参数修正方法。模型修正是利用激励和响应反演系统的一种反问题，现有方法多数是从反分析角度解决模型修正问题，所以避免不了定解条件不足导致结果不唯一的问题。本文从正分析角度、利用先验知识建立完备模型库，通过匹配响应的方式找出最接近实测响应的模型作为模型修正的结果，这就解决了定解条件不足的问题。但是，正分析方法成功的前提是建立反映待求问题全部特性的完备模型库，这无疑是困难的。为此，本文利用均匀设计安排一定数量有代表性的参数试验方案来训练神经网络，使其具备完备模型参数库的功能，来解决上述问题。 通过研究发现：均匀设计可以近似满足完备性的要求，但是由于均匀设计追求均匀性、而放弃了正交性，使得均匀设计抽样方案的样本数过少，导致神经网络训练不充分，所以本文提出因素重排列扩展均匀设计方案的方法；同时，本文利用模糊层次分析法评选了九种识别指标的优劣，结果显示位移、一阶振型和基频是优良的识别指标，它们的权重分别为0.134、0.124和0.122；最后，为了能够切实修正大型复杂结构，基于一个实际钢桁架模型修正过程中的教训和经验，总结了一种考虑主次因素的分步均匀设计正分析模型参数修正方法。 其次，研究了一种从试验设计角度求解最不利加载位置的方法。现在求解最不利加载位置的方法主要是动态规划法，对于桥梁平面模型，它是令车辆荷载沿内力影响线逐步移动求极值来得到最不利加载位置的。但是当考虑多个车辆荷载沿桥面二维动态移动时，确定最不利加载位置所需考虑的工况组合将变得极多，此时动态规划法的计算工作量会变得很大。因此，在已有平面杆系模型内力影响线和包络线研究的基础上，本文拓展了以上方法使它能够解决桥梁空间杆系模型内力影响面和包络图的计算问题，并以此为基础，提出从试验设计的角度求解最不利加载位置，即利用均匀设计安排加载因素组合试验、采用回归分析建立加载因素与内力极值之间的函数关系、基于网格筛选法快速确定桥梁最不利加载位置。结果显示：在较少次均匀设计试验计算之后，本文方法结果与精确解之间的偏差为1.95%，即本文方法是可行和有效的。 最后，提出了一种基于正分析模型修正的桥梁安全评定方法。针对现有多数研究没有很好的建立全面反映结构性态随时间演化规律的模型库的问题，本文提出了一套由正分析模型修正建立多时刻的结构健康档案、考虑桥梁性态随时间演化的规律、以多个时刻结构的健康档案为基础、评估桥梁当前承载能力和预测未来短期内性态水平的安全评定方法。通过一座大跨度拱桥的安全评定分析，验证了本文方法的可行性和有效性。计算结果显示：对于本文拱桥结构，多个时刻修正模型的最大响应误差为4.521%，而预测模型的最大响应误差为7.6%，即通过正分析模型修正和基于神经网络的时间序列预测准确的建立了反映结构性态随时间演化规律的健康档案，并给出了合理的性态评定结果。

【关键词】：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U447
【目录】：

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1 蒋中祥;涂令康;;连续刚构桥的内力包络图[J];北京建筑工程学院学报;2006年01期

2 黄志伟;黄侨;任远;;基于程度分析的中小桥梁评估方法[J];东南大学学报(自然科学版);2012年02期

3 胡常福;徐海燕;上官兴;;钢管混凝土拉索组合拱桥内力影响线研究[J];工程建设与设计;2007年05期

4 吴晖;一种计算指定截面内力影响线的简便方法[J];工程力学;2003年05期

5 袁驷;叶康生;林斯达;;移动荷载下杆系结构内力包络图的精确计算[J];工程力学;2007年S2期

6 何浩祥;闫维明;王卓;;基于子结构和遗传神经网络的递推模型修正方法[J];工程力学;2008年04期

7 李全旺;李春前;孙健康;;基于结构可靠性理论的既有桥梁承载能力评估[J];工程力学;2010年S2期

8 陈旭勇;樊建平;;非概率可靠性中一维优化算法的改进及其在桥梁评估中应用[J];工程力学;2011年05期

9 程翔云;刚接梁桥中横隔梁的内力包络图计算模型[J];公路;2004年02期

10 黄侨;唐海红;任远;;基于模糊理论的大跨度桥梁评估理论研究[J];公路交通科技;2010年01期

【共引文献】

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1 李亚东,张华林,马亿珠,李宾杰,吴志申;ABS/纳米Sb_2O_3复合材料阻燃性能研究[J];工程塑料应用;2005年02期

2 孙宝寿;邓益民;陈哲;王利柱;刘军;;基于Taguchi和UDE试验设计的注塑工艺参数优化[J];工程塑料应用;2009年12期

3 傅光耀;王浩;;薄钢铺板对平台主梁变形影响的试验研究和分析[J];四川建筑科学研究;2006年02期

4 常玉珍;吴敏哲;;组合肋壳几何非线性分析[J];四川建筑科学研究;2006年05期

5 王青;徐港;;剪力墙结构弹塑性分析的QR法Ⅱ——计算格式、程序及算例[J];四川建筑科学研究;2006年06期

6 王佳妮;李章政;;关于PKPM筏板基础内力计算的分析与修正[J];四川建筑科学研究;2007年03期

7 王开强;孙飞飞;胡大柱;;多弹簧梁柱单元在空间钢框架非线性分析中的应用[J];四川建筑科学研究;2007年06期

8 王江;周晖;宋雪峰;;变截面工形柱平面内弹塑性极限承载力研究[J];四川建筑科学研究;2008年01期

9 高轩能;李琨;;变截面门式刚架地震反应研究进展[J];四川建筑科学研究;2008年03期

10 许微微;丁晓唐;肖烨;;基于振型扩充的模态应变能法在结构损伤识别中的应用[J];四川建筑科学研究;2008年06期

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1 宫建国;陶钧;曾胜;金涛;;地基平面沉降下的大型石油储罐模态分析[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程（CAE）技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年

2 张应迁;石艳;唐克伦;刘明;;外压容器临界载荷特性研究[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程（CAE）技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年

3 杨冀丰;史建卫;钱乙余;李晋;;对0201组装中焊膏印刷工艺参数影响的研究[A];2008中国电子制造技术论坛论文集[C];2008年

4 王青平;白武明;王洪亮;;多重网格在二维泊松方程有限元分析中的应用[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届（2011年度）学术年会论文集(上)[C];2012年

5 齐登红;常珂;朱中道;;利用回归分析确定降水入渗补给函数[A];河南省地质调查与研究通报2007年卷（上册）[C];2007年

6 李同春;朱寿峰;赵兰浩;胡继刚;;考虑坝体与坝肩动力相互作用的坝肩稳定动接触降强算法[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展（2011年）[C];2011年

7 张汉云;张燎军;;基于虚拟裂缝模型的带横缝高拱坝的抗震性能研究[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展（2011年）[C];2011年

8 陈立海;杨青真;孙志强;季新杰;;基于遗传算法与神经网络的翼型气动优化设计研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

9 纪军;王安华;任增金;;圆沉箱内隔墙的设置方式[A];中国土木工程学会港口工程分会第七届港口工程技术交流会论文集[C];2011年

10 丁建彤;白银;戴玭;杨建国;石研然;;高速水下钢球法的建立与应用[A];2011全国水工泄水建筑物安全与病害处理技术应用会刊[C];2011年

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1 黄西成;内爆与外爆加载下壳体的力学状态及破坏模式分析[D];中国工程物理研究院;2010年

2 张红哲;车身概念设计智能CAE关键技术的研究[D];长春理工大学;2010年

3 张敏;固定式海洋结构模型转换与动力特性研究[D];中国海洋大学;2010年

4 查云飞;类菱形车转向系统研究与分析[D];湖南大学;2010年

5 朱松;随机回归神经网络的动力学行为研究[D];华中科技大学;2010年

6 徐远纲;大型电站锅炉掺烧印尼煤的研究与应用[D];华中科技大学;2010年

7 毛海涛;无限深透水地基上土石坝坝基渗流控制计算方法和防渗措施的研究[D];新疆农业大学;2010年

8 潘健怡;铝合金型材挤压的数值模拟及模具结构优化研究[D];华南理工大学;2010年

9 许兰贵;变壁厚大锥度薄壁铝罐成形关键技术的研究[D];华南理工大学;2010年

10 黄永辉;钢管混凝土拱桥拱肋病害机理与影响分析及吊杆更换技术研究[D];华南理工大学;2010年

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1 李朝;箱形桥梁结构的半解析分析[D];河南理工大学;2010年

2 胡婷萍;大厚度电子束焊缝的超声检测及缺陷散射信号的研究[D];南昌航空大学;2010年

3 刘超;聚氨酯膜预防综放巷道煤层自燃技术的研究[D];山东科技大学;2010年

4 马飞飞;框架结构轻钢加层的地震反应分析研究[D];山东科技大学;2010年

5 王永;消防单兵综合信息采集系统研究[D];山东科技大学;2010年

6 邢著荣;基于辐射传输模型和CHRIS数据反演春小麦LAI[D];山东科技大学;2010年

7 王权;起重机减速器变位斜齿轮副有限元仿真分析与研究[D];山东科技大学;2010年

8 夏云清;装载机差速器齿轮的非线性接触与疲劳寿命分析[D];浙江理工大学;2010年

9 王志宽;大直径人工挖孔扩底桩承载力试验研究与工程应用[D];郑州大学;2010年

10 辛栋;纤维增强聚合物复合材料力学性能的数值预测[D];郑州大学;2010年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吴莹;杨成永;徐明新;;非概率可靠性指标的区间计算方法[J];四川建筑科学研究;2007年02期

2 蒋中祥;涂令康;;连续刚构桥的内力包络图[J];北京建筑工程学院学报;2006年01期

3 刘兆惠;许洪国;王超;;程度分析法在道路安全性评价中的应用[J];长春理工大学学报;2006年03期

4 赵国藩,李云贵;旧有结构性能评估[J];大连理工大学学报;1991年06期

5 郭彤,李爱群,李兆霞,韩晓林;大跨桥梁结构状态评估方法研究进展[J];东南大学学报(自然科学版);2004年05期

6 王文炜;翁昌年;万水;李淑琴;;考虑滑移的钢-混凝土组合梁有限单元法[J];东南大学学报(自然科学版);2007年02期

7 王铁生,华锡生;模糊神经网络在大坝变形预报中的应用[J];工程勘察;2002年05期

8 索清辉,钱永久,张方;对公路桥梁剩余寿命评估时可变荷载取值的研究[J];中国工程科学;2004年05期

9 程进,江见鲸,肖汝诚,项海帆;大跨度钢拱桥结构极限承载力分析[J];工程力学;2003年02期

10 袁驷;叶康生;林斯达;;移动荷载下杆系结构内力包络图的精确计算[J];工程力学;2007年S2期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 林斯达;移动荷载作用下杆系结构内力包络图的精确计算理论[D];清华大学;2008年

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1 范立础,袁万城,张启伟;悬索桥结构基于敏感性分析的动力有限元模型修正[J];土木工程学报;2000年01期

2 王超;李立;陈绍汀;;结构振动有限元模型的精细修改方法[J];西安交通大学学报;1990年05期

3 刘晓平，徐燕申，宋健伟，彭泽民;结构动力学模型误差位置的确定与误差修正[J];振动工程学报;1995年02期

4 向红;实验结果修正理论在包装动力学建模中的应用研究[J];株洲工学院学报;1999年03期

5 温华兵;王国治;;基于频响函数相关系数灵敏度的浮筏舱段有限元模型修正[J];华东船舶工业学院学报(自然科学版);2005年06期

6 桂冰;戴华;;结构计算模型修正的二次约束最小二乘算法[J];振动与冲击;2006年02期

7 吴颉尔;戴华;;用RRQR迭代法进行模型修正[J];振动与冲击;2007年09期

8 赵虎城;钱坤;周正平;;神经网络在转子轴承系统固有频率识别中的应用[J];风机技术;2009年03期

9 李书,卓家寿,任青文;广义逆特征值方法在动力模型修正中的应用[J];振动与冲击;1998年02期

10 陈大林,王懋礼;复杂结构的动力学建模[J];西南交通大学学报;2002年S1期

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1 张忠;李海波;韩丽;;基于模态频率灵敏度的复杂结构模型修正[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集（2011）下册[C];2011年

2 陈大林;王懋礼;;复杂结构的动力学建模[A];四川省振动工程学会2002年学术会议论文集[C];2002年

3 赵人达;向天宇;刘海波;毛学明;;装配式混凝土简支梁桥的有限元模型修正和状态评估[A];第十六届全国桥梁学术会议论文集（下册）[C];2004年

4 庞世伟;杨雷;曲广吉;;结构模型修正软件开发研究[A];2005全国结构动力学学术研讨会学术论文集[C];2005年

5 王义芳;陈功;钱若军;;结构模型修正应用的研究概述[A];第七届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2007年

6 耿全飞;;中心地理论在新农村规划中的借鉴意义——以沭阳县茆圩乡村庄规划为例[A];城市规划和科学发展——2009中国城市规划年会论文集[C];2009年

7 谢圆;高薇;;月球车连续行驶的地面遥操作实现研究[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第六届学术年会暨863计划“深空探测与空间实验技术”重大项目学术研讨会论文集[C];2009年

8 孔宪仁;秦玉灵;罗文波;;蜂窝板GA-PSO模型修正[A];第18届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2009年

9 崔锦实;连广宇;孙增圻;;大时延遥操作系统中的图形技术与模型修正[A];2001年中国智能自动化会议论文集（上册）[C];2001年

10 朱壮瑞;孙庆鸿;陈南;毛海军;张灶法;周德廉;;基于BP神经网络的点焊模型修正研究[A];2001中国控制与决策学术年会论文集[C];2001年

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1 学娟;[N];消费日报;2008年

2 本报记者 韩维阳;[N];中国质量报;2003年

3 董启;[N];东方早报;2008年

4 陈辉;[N];科技日报;2006年

5 卢育辉　通讯员　方玮;[N];广东科技报;2007年

6 徐风;[N];中国质量报;2006年

7 文月;[N];电子资讯时报;2008年

8 博文;[N];国际商报;2009年

9 丁彬;[N];第一财经日报;2008年

10 本报记者 韩维阳;[N];中国质量报;2005年

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1 张石磊;基于正分析模型修正的桥梁安全评定若干关键问题研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

2 李英超;基于模态参数识别的海洋平台结构模型修正技术研究[D];中国海洋大学;2012年

3 李伟明;有限元模型修正方法及自由度匹配迭代技术研究[D];上海交通大学;2011年

4 周林仁;桥梁的几类SHM Benchmark及模型修正的子结构与响应面方法[D];大连理工大学;2012年

5 朱跃;基于分层思想的复杂机械结构模型修正及确认技术研究[D];南京航空航天大学;2010年

6 唐小兵;结构损伤识别及数值模拟[D];武汉理工大学;2004年

7 刘雨青;桥梁结构模态参数识别与应用研究[D];武汉理工大学;2005年

8 刘皞;振动系统的特征结构配置问题[D];南京航空航天大学;2007年

9 高玉华;硬件在环的轿车白车身结构分析与优化设计[D];合肥工业大学;2009年

10 侯立群;大型斜拉桥基于健康监测的模型修正、损伤诊断与预警方法[D];哈尔滨工业大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 胡焕;基于频响函数的动力学模型修正方法研究[D];上海交通大学;2010年

2 肖杨;桥梁结构有限元多模型修正方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

3 况志强;基于模态试验及模型修正技术的龙洗研究[D];北京邮电大学;2011年

4 路林华;基于SiPESC.OPT的模型修正问题研究[D];大连理工大学;2013年

5 姚雅静;基于模态试验的矩阵型模型修正研究[D];南京航空航天大学;2010年

6 张林林;基于静力测量数据的梁式结构统计模型修正[D];武汉理工大学;2013年

7 李常青;填充墙框架结构动力模型修正研究[D];湖南大学;2004年

8 喻波;新型结构健康诊断方法[D];清华大学;2004年

9 王锦文;深圳市民中心屋顶网架结构的有限元模型修正及模态参数识别[D];武汉理工大学;2004年

10 李旺东;基于静力测试的拱桥模型修正及承载力评定[D];长安大学;2010年

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