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基于成桥荷载试验的襄阳汉江五桥有限元模型修正
| 论文题名： | 基于成桥荷载试验的襄阳汉江五桥有限元模型修正 |
| 关键词： | 连续刚构拱桥;荷载试验;有限元分析;健康监测;神经网络 |
| 摘要： | 襄阳汉江五桥是典型的大跨度连续刚构拱桥，拱肋与箱梁结合部位构造复杂。利用成桥荷载试验结果对汉江五桥进行有限元模型修正，对于长期健康监测具有重要价值。本文以襄阳汉江五桥为工程背景，首先研究分析了其整体有限元模型建立中几个关键因素的影响，并对拱脚的构造复杂部位进行了局部有限元分析。在此基础上利用成桥荷载试验结果和人工神经网络方法对初始有限元模型进行修正，重点对拱脚部位的刚域合理尺寸及结构参数杨氏模量的取值进行了分析研究，最终获得了合理可靠的有限元模型。以下为本文具体开展的工作： （1）在论文前半部分，主要针对襄阳汉江五桥整体有限元模型的合理成桥状态进行了研究。讨论了拱肋采用梁单元或板单元、成桥吊杆力优化、桩土效应等的影响。并对拱脚有限元模型的局部应力进行了细部的分析，对比ANAYS与MIDAS软件计算结果的差异，对可修正因素做出探讨，为后期的模型修正奠定基础。 （2）经过对襄阳汉江五桥拱脚区域节点刚度的分析研究，结果表明在连续刚构组合体系拱桥中，梁、拱交汇处存在着明显的刚域效应。如果未将其纳入基于荷载试验的有限元模型修正考虑范围，将会使结构的荷载校验系数产生较大的误差。现有的建筑规范对于刚域的规定尚不明确，对于连续刚构拱桥的刚域合理长度的确定需要做具体的分析研究。论文利用人工神经网络强大的自适应性学习能力，在有限元模型设置不同刚域尺寸的情况下，针对有限元模型训练得到一组较佳的刚域尺寸，按此刚域尺寸修正的有限元模型的计算结果与静载试验实测数据比较吻合。 （3）考虑刚域效应后多数测点的挠度校验系数提高至0.7~0.8内，还未得到与工程实际结构高度吻合的有限元模型。作为结构的重要物理参数，杨氏模量的真实值会与规范设计值有一定的偏差。由于施工原因、材料老化、外部环境等影响因素，混凝土、拱肋与预应力束的杨氏模量均需要修正。基于灵敏度考虑，将混凝土、钢拱肋及预应力束的弹性模量纳入模型修正的考虑范围，与刚域尺寸同时作为可调结构参数。将弹性模量作为模型修正的主考虑因素，将刚域长度作为副考虑因素，采用均匀设计的方法进行参数组合，利用人工神经网络对数据进行训练，在其中挑选出一组最优组合，基于此组最优组合参数的襄阳汉江五桥有限元模型计算的挠度与成桥静载试验实测值更加接近，计算的前五阶固有频率与成桥脉动试验的实测值吻合较好，振型能够完全对应，表明获得了最符合襄阳汉江五桥实际结构性能的有限元模型，可作为运营期长期健康监测系统的基准有限元模型。 |
| 作者： | 王海涛 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 谢官模 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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