基于Kriging代理模型的斜拉桥有限元模型索力调整方法

发布时间：2020-05-14 17:48

【摘要】：随着交通量的飞速增长、设计理论的不断成熟和施工技术的突飞猛进,斜拉桥如雨后春笋般在世界各地得以推广。对斜拉桥全桥有限元模型进行受力分析时,首先需要提供一组初始索力,使桥梁在成桥恒载作用下满足设计的基本参数和性能,达到合理的受力状态和几何线形。传统的索力调整方法是一个反复迭代试算的过程,往往耗时巨大难收敛,且具有一定的经验性。本文旨在提出一种基于Kriging代理模型的索力调整方法,通过建立初始索力与桥面构型的对应关系,从而达到校准索力的目的。此方法运算速度快,精度高,且避免了大量重复的有限元迭代计算。文中使用一个简单的斜拉桥数值算例来验证此方法的可行性和精度,结果表明Kriging方法在保证结果精度的同时大大提高了运算效率。最后以太平湖大桥为工程背景,进一步验证了方法的工程实用性。论文的主要研究工作和结论包括:1.首先介绍了Kriging模型的建立方法,给出了应用Kriging模型进行斜拉桥有限元模型索力调整的具体步骤。建立数值算例的有限元模型,以索力作为输入,索梁节点的竖向位移作为输出,采用均匀设计方法,构建Kriging代理模型,与传统的零位移索力调整方法的比较结果表明该方法可以在较短的时间内优化出成桥索力,且精度较高。2.基于设计图纸建立了太平湖大桥的初始有限元模型,进行了索力敏感性分析,将Kriging模型优化出的对应索力和其他索力一起作为初始值,以索梁节点竖向位移为控制目标,循环迭代得到太平湖大桥的成桥索力。3.太平湖大桥已运营服役多年,根据健康监测系统数据,采用二次响应面方法对太平湖大桥有限元模型进行模型修正,得到可作为调索“仿真”计算分析的基准有限元模型。对太平湖大桥进行桥面线形和索力测试,基于基准有限元模型采用Kriging方法对太平湖大桥进行了索力优化,结果显示索力优化结果和实测索力值误差在工程允许范围以内,计算得到的桥面线形与实测值较为吻合。
【图文】：

11 美国Bridge1988 396 世界上首创牵索式挂篮施工12 挪威 Skarnsundet 1991 530 跨径最大的混凝土斜拉桥13 法国NormandyBridge1995 856 建成时为最大跨径斜拉桥14 俄罗斯西伯利亚 OB河桥2000 408 世界上最大的独塔斜拉桥(a) Dame Point Bridge (b) Saiut-Nazaire Bridge

.3.3 内力平衡法该方法的基本原理是[37]：选取主梁、主塔特定截面内力作为优化目标，通理选择拉索张拉力，使结构在恒载和活载共同作用下，指定关键控制截面（主梁、主塔在内的不利截面），要求主梁的控制截面的最大应力值与主梁材容许应力值之比相等。所以在该法下，主梁、主塔弯矩条件很容易满足，如择的控制截面和截面内力数值控制范围都很合理，这样会得到更理想的计算。其实刚性支承连续梁法实际上就是内力平衡法的一个特例，特别之处在于体了控制截面内力确定方法。内力平衡法可以使结构各截面的受力相互协调而达到设计经济的要求，但也存在缺点，所求的索力依然可能出现不均匀，性较大的现象，，还需要进一步索力调匀的过程。.3.4 弯曲能量最小法以主梁、索塔、墩等弯曲应变能平方和最小作为目标函数，计算出在二期作用下的一组合理的成桥索力[38]。可用简化的计算模型来解释此方法。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.27

【参考文献】

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3 任伟新;陈华斌;;基于响应面的桥梁有限元模型修正[J];土木工程学报;2008年12期

4 王为圣;赵荣高;李峰辉;;斜拉桥成桥索力确定在ANSYS中的实现[J];重庆交通大学学报(自然科学版);2007年05期

5 谢飞翔;陈玉骥;邓发杰;;ANSYS二次开发技术在确定缆索承重桥梁成桥初始恒载索力中的应用[J];黑龙江交通科技;2007年04期

6 陈明宪;;斜拉桥的发展与展望[J];中外公路;2006年04期

7 叶梅新;韩衍群;张敏;;基于ANSYS平台的斜拉桥调索方法研究[J];铁道学报;2006年04期

8 杜蓬娟,张哲,谭素杰;斜拉桥合理成桥状态索力确定的优化方法[J];公路交通科技;2005年07期

9 张建民,肖汝诚;斜拉桥合理成桥状态确定的一阶分析法[J];力学季刊;2004年02期

10 许瑞红,刘鸿,张雪松;五河口斜拉桥施工索力优化的研究[J];交通科技;2004年03期

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6 王俊;独塔斜拉桥初始索力研究[D];武汉理工大学;2012年

7 王官磊;独塔单索面预应力混凝土斜拉桥索力优化研究[D];武汉理工大学;2010年

8 李孟然;混合梁斜拉桥成桥恒载索力优化研究[D];华中科技大学;2006年

9 苏剑南;三塔PC斜拉桥总体构思及力学行为分析[D];华中科技大学;2006年

本文编号：2663714