异形连续梁桥动力特性计算及损伤识别方法

发布时间：2019-02-13 19:43

【摘要】：随着交通事业及城市建设的迅猛发展，交通网络密度不断增加。为了缓解交通拥堵和增强交通基础设施与周围环境的协调性，越来越多的互通式立交桥被应用到道路与道路的交叉中。由于受到地形、线形及空间的限制，立交桥中的主桥通往匝道或主线通往分支线的连接处通常需设置变宽度或变坡度或变曲率的异形桥梁结构。目前该类桥梁结构的设计理论及受力特性分析方法严重滞后于其工程实际。至今都没有形成系统、有效的动力特性计算方法以及适用的损伤识别方法。针对上述问题，以长春市四环路硅谷大街立交桥中的T线下行0#台-4#墩连续箱梁桥为依托工程，结合吉林省交通厅科技项目“异形预应力混凝土桥梁受力特性分析及设计方法研究（2012-1-7）”，本文在异形连续梁桥的动力特性计算和损伤识别方面开展了以下研究工作。（1）分别建立了依托工程的空间三维有限元模型、梁格有限元模型以及单梁有限元模型，采用三种不同的有限元模型计算了其动力特性。依据动力特性计算结果，对三种有限元模型进行了对比分析。（2）由于结构形式和受力状态的复杂性，异形桥梁结构在设计过程中有些设计参数（如截面刚度，钢筋布置等）可能需要较多次数的修改。如果每修改一次，都重新建立有限元模型计算其动力特性，这势必会极大地消耗设计人员的精力，降低设计效率。针对这种情况，本文提出了异形连续梁桥动力特性求解的摄动方法。该方法基于基准结构的动力特性和设计修改后的刚度矩阵和质量矩阵变化，便可以计算出修改后结构的动力特性。基于提出的方法，分析了设计参数对桥梁结构动力特性的敏感性，并对设计参数的优化提出了一些合理化建议。（3）同样为了减少设计过程中动力特性的计算工作量，本文提出采用双协调自由界面模态综合法来求解异形连续梁桥的动力特性。该方法把异形连续梁桥分解为不变段和变化段两个子结构，基于子结构的前几阶动力特性，采用界面位移和对接力的协调条件来计算整体结构的动力特性。为了满足变化段设计修改的要求，进而又提出了基于模态综合和摄动相结合方法的异形连续梁桥动力特性求解方法。该方法首先采用摄动方法求解变化段子结构的动力特性，然后采用模态综合法求解整体结构的动力特性。（4）在桥梁的运营阶段，有时需要对其动力特性进行快速计算。针对此情况，提出了基于分段思想的异形连续梁桥动力特性计算方法。该方法把桥梁划分为若干小段，并用待定系数表示每一小段的振动，通过边界条件和约束条件求解出每一小段的待定系数，，并最终计算出整体桥梁结构的动力特性。（5）建立了异形连续梁桥-车辆耦合振动模型，采用模态分析技术计算了车辆作用下桥梁的动力特性。并探讨了悬架刚度、轮胎刚度等车辆参数以及车辆位置对车辆作用下的异形连续梁桥动力特性的影响。（6）针对异形连续梁桥动力特性的特点，形成了基于改进粒子群优化RBF神经网络算法的结构损伤识别方法，并且构造了适用的损伤识别指标。把损伤识别方法应用到了依托工程的数值模拟计算中，验证了方法的有效性和可靠性。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U448.215;U441

【参考文献】