预应力混凝土空心板桥有限元模型修正与承载力评估

发布时间：2017-08-10 02:35

  本文关键词：预应力混凝土空心板桥有限元模型修正与承载力评估

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【摘要】：在我国道路交通和水利工程建设中,修建了大量各种形式和跨径的桥梁。它们在服役过程中受气候、环境和外部荷载的共同作用,逐渐发生老化和承载能力下降;随着社会经济发展,过桥交通量和车辆载重却在逐渐提高,因此必须对既有桥梁的承载力进行科学评估,以了解其真实工作状态和承载潜力,为改造加固和使用管理提供决策依据。本文针对一座既有预应力混凝土简支空心板桥,采用一种基于动力有限元模型修正的既有桥梁承载力综合评估方法,对其进行了安全校核和承载力分析。结果表明该方法可以较为全面、无损且费用低廉地实现承载力评估,为今后同类型桥梁评估提供参考。本论文的主要工作有:(1)根据设计图纸建立桥梁的精细有限元模型,并计算得到其频率和振型参数。然后分析了模型中预应力和支座刚度对理论模态计算结果的影响。(2)介绍了桥梁动力测试和模态参数识别的基本方法,利用跑车余振法和功率谱峰值法对该桥进行激励与测试,识别其实验模态频率和振型,并与初始有限元模型的计算结果进行对比分析。(3)对有限元模型中的预选参数进行灵敏度分析,选出对结构模态参数影响较大的作为模型修正参数。然后根据联合频率和MAC值的目标函数,对有限元模型进行修正,得到了能较好反映桥梁真实工作状态的有限元模型。(4)以修正后的有限元模型作为分析基础,计算了桥梁在设计荷载作用下的受荷响应,并结合外观调查、材料性能状态、自振频率、动力工作性能等资料,对桥梁进行承载力综合评估,并分析了结构承受超设计标准荷载的能力和预应力张拉不足对结构承载力的影响。
【关键词】：预应力 有限单元法 模型修正 承载力评估
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究发展现状11-19
• 1.2.1 环境激励下模态参数识别研究12-15
• 1.2.2 基于动力测试的有限元模型修正研究15-18
• 1.2.3 桥梁承载力评估研究18-19
• 1.3 本文主要研究内容19-21
• 第2章 有限元模型建立与计算模态分析21-38
• 2.1 引言21
• 2.2 预应力混凝土空心板桥有限元模型建立21-31
• 2.2.1 桥梁基本情况21-23
• 2.2.2 有限元建模参数选取和模型建立23-31
• 2.3 计算模态分析31-34
• 2.3.1 计算模态分析基本原理31-32
• 2.3.2 有限元计算模态分析结果32-34
• 2.4 动态特性影响因素分析34-36
• 2.4.1 预应力对动态特性的影响34-35
• 2.4.2 支座刚度对动态特性的影响35-36
• 2.5 本章小结36-38
• 第3章 基于动力测试的有限元模型修正38-66
• 3.1 引言38
• 3.2 基于环境激励的桥梁动力测试38-42
• 3.2.1 传感器选择和布设38-39
• 3.2.2 结构激振方法39-40
• 3.2.3 数据采集与处理40-42
• 3.3 结构模态参数识别42-51
• 3.3.1 模态参数识别方法42-45
• 3.3.2 功率谱峰值法45-51
• 3.4 预应力混凝土简支空心板桥动力试验51-54
• 3.4.1 结构动力试验51-52
• 3.4.2 数据分析和模态参数识别52-54
• 3.5 有限元模型修正方法和原理54-61
• 3.5.1 修正方法选择54-55
• 3.5.2 修正参数选取55-56
• 3.5.3 目标函数构造56-57
• 3.5.4 优化算法选择57-60
• 3.5.5 模型修正流程60-61
• 3.6 简支板桥有限元模型修正61-65
• 3.6.1 确定修正参数61-62
• 3.6.2 修正过程与结果62-65
• 3.7 本章小结65-66
• 第4章 桥梁结构承载力综合评估66-84
• 4.1 引言66
• 4.2 桥梁承载力评估方法66-70
• 4.2.1 桥梁承载力常规评估方法66-68
• 4.2.2 桥梁承载力综合评估方法68-70
• 4.3 预应力简支板桥承载力综合评估70-82
• 4.3.1 外观检查70
• 4.3.2 混凝土强度和碳化深度检测70-71
• 4.3.3 钢筋性能检测71-72
• 4.3.4 自振频率评定72
• 4.3.5 结构动力工作性能评定72-73
• 4.3.6 基于有限元修正模型的承载力计算73-82
• 4.4 本章小结82-84
• 第5章 结论与展望84-86
• 5.1 结论84-85
• 5.2 展望85-86
• 参考文献86-90
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果90-91
• 致谢91

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本文编号：648486