基于环境激励的钢管混凝土拱桥模态参数识别及模型修正

发布时间：2020-09-03 07:10

　　由于几何尺寸、材料特性和边界条件的不确定性以及建模过程中简化处理导致的误差影响,有限元模型计算结果与实测数据之间会不可避免地存在一定的偏差。因此,为使理论计算结果与实测结果能较好吻合,有必要对结构初始有限元模型进行修正。论文以芜湖袁泽桥为工程背景,基于桥梁健康监测系统的振动响应数据,分别采用频域峰值法及时域随机子空间方法对该桥的模态参数进行了识别;依据设计资料建立了桥梁的初始有限元模型并通过灵敏度分析得到待修正参数;最后利用不完全二次多项式响应面模型作为初始有限元模型的替代模型,分别结合序列二次规划法和遗传算法实现了有限元模型修正,并对两种优化算法的优化效果进行了比较。论文讨论的模型修正方法对实桥应用有一定参考价值。论文的主要工作和结论包括:1.详细介绍了芜湖袁泽桥的健康监测系统,基于桥梁健康监测的振动响应数据分析桥梁的试验模态。分别采用峰值法和随机子空间方法识别了桥梁的模态参数,即固有频率。两种方法识别结果互相吻合,可以保证结果的可靠性。2.根据芜湖袁泽桥的设计资料,采用ANSYS软件建立了桥梁的初始有限元模型,分析了初始有限元模型的理论模态,并分别得到了桥梁的计算频率和振型特征,为基于桥梁健康监测振动响应数据的模态分析结果提供了理论参照。3.通过灵敏度分析选取了 5个待修正参数,灵敏度法与方差分析法相比,虽然理论上可能存在一些不足,但是可以减少响应面方法中进行试验设计的次数,节省时间成本。4..经过中心复合试验设计和参数显著性检验,确定以不完全二次多项式响应面模型作为初始有限元模型的替代模型,在一定程度上可以简化响应面模型,提高模型修正效率。5.响应面法分别结合序列二次规划法和遗传算法进行模型修正,并比较了两种优化算法的优化结果。结果显示,序列二次规划法在收敛速度上优于遗传算法,两种算法的优化结果相当,遗传算法在理论上具有一定的优越性,但是其优越性的具体体现还有待研究。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U448.22;U446
【部分图文】：

桥梁,桥梁安全,子系统,安全评估

设计标准导致结构发生损伤而坍塌；２００７年广东九江大桥由于桥墩遭受运沙船撞逡逑击而坍塌；２００８年汶川百花太桥在地震作用下整体垮塌；２０１０年位于河南栾川的逡逑汤营大桥在洪水冲击作用下而倒塌。图１．１是近几十年来国内外具有代表性的桥梁逡逑灾害性事故。逡逑通过对国内外桥梁安全事故进行总结可以发现：导致桥梁破坏坍塌的主要因逡逑素包括桥梁结构设计、施工建造等内部原因以及超载、洪水、船舶撞击、地震等逡逑外部原因。桥梁正常运营期间在人为因素和自然因素等条件下难免存在不同程度逡逑的损伤破坏并因此导致部分构件功能的失效。因此，需要对现役和在建桥梁进行逡逑深入的研究，建立完善的桥梁安全保障体系，并采用行之有效的方法对桥梁进行逡逑健康监测、损伤识别、安全评估和维护加固，以保证桥梁的安全性、适用性和耐逡逑久性。逡逑随着计算机技术的快速发展、传感器技术的进步以及智能材料的出现，桥梁逡逑健康监测系统在实际工程中的价值显得愈发重要，并得到了广泛的研究和应用。逡逑通常情况下，桥梁健康监测系统主要包括五大子系统，如传感器子系统、数据采逡逑集与传输子系统、数据处理与控制子系统、安全评估与预警子系统以及用户界面逡逑子系统等［３Ｈ５］。目前

结构动力学模型

第一章绪论态参数识别方法研究现状逡逑构动力学问题所探讨的是激励、结构以及响应三者之间的相互关系，控三者分别称之为输入、系统和输出１９］，所涉及的内容可用图１．２所示的框。结构的参数识别（系统识别）问题是在已知系统的输入和输出条件下统的特性，属于结构动力学的第一类逆问题范畴。参数识别包括模态参物理参数识别两类。模态参数识别是以试验输入及输出数据为基础，然析得到结构模态参数（如频率、振型和阻尼比等）的过程；物理参数识验输入和输出数据的基础上分析估计系统的各个物理参数（如刚度、质等）的过程Ｄ°］［Ｉ２］。逡逑

照片,芜湖,照片

在标准梁段纵向每隔３ｍ设置一道，采用工形钢板梁，高２．２ｍ，顶底板宽均为０．６５ｔｎ；逡逑挑梁上承上立柱下接下立柱。主梁两侧和飞燕连接处及飞燕和引桥连接处分别设逡逑置一道伸缩缝。桥型布置如图３．２所示。逡逑飞燕轴线线型为抛物线，吊杆间距为６ｍ。吊杆上端锚固与主拱拱圈上锚箱，逡逑下端锚固于加劲梁挑梁下端。主墩直径为２ｍ，共８根形成桥群|Щ。辞堆义义蟶杓疲牍啥斩际粲谧昕坠嘧⒆啥詹捎萌蕉丈恚罩本叮玻玻恚义厦扛龆丈硐陆映刑ㄈ鹤。茨Σ磷杓啤ｅ义希矗埃埃板危保蓿埃板巍五五五危矗埃埃ゅ危义稀觯颍鳎颍簦剩妫椋裕慑遑梗у澹赍澹裕妫蓿颍颍蓿颍у义希蕖觯椋蓿樱裕沐澹殄巍鲥澹浚у澹卞五五澹垮五危у澹澹濉危义希颍颍铄危蝈錘邋ｉ，，逦＾邋ｉ．邋．．；—ｉ逦４＾、逡逑ｒｎ逦＾ｎｒｌｒｎ＾逡逑，ｊ；逦Ｈ！邋｝＊；邋Ｈｓ邋：ｉ（逦？；？：逦：ｉＪ邋

【参考文献】