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原文传递基于动力响应的桥梁有限元模型修正方法研究

论文题名：	基于动力响应的桥梁有限元模型修正方法研究
关键词：	桥梁;有限元模型;修正方法;动力响应
摘要：	有限元法是一种利用数学分析来模拟实际结构工况的方法。由于其具有分析能力强、计算迅速、高效实用等特点，被广泛应用于桥梁等工程领域。但由于有限元计算模型与实际结构存在着材料性能和边界条件等多方面的差异，这使得有限元模型分析结果和真实的桥梁结构受力状态相差甚远。因此需对其进行修正，在此方面，由于桥梁的静力修正受静力试验过程相对复杂等因素影响，耗时耗力，相比之下桥梁的动力修正则比较快捷高效。本文在分析国内外研究现状的基础上，采用动力响应法对有限元模型进行修正，首先利用随机子空间法识别得到桥梁的频率，将频率作为修正目标构造目标函数，然后利用响应面法完成对有限元模型的修正过程。以柳河大桥为例，进行基于动力响应的桥梁有限元修正，最后借助修正后的有限元模型，通过引入等代校验系数实现对桥梁承载能力的评估预测。依托实际工程，对本文的研究结果进行验证，以此证明了本研究的可信度和准确性。本文主要内容和结论叙述如下：　　1、首先，基于桥梁有限元研究的基本现状，对本文的技术路线作了简要阐述，重点介绍了对于环境激励时程响应识别结果较好的随机子空间法和基于响应面技术的有限元修正方法。通过对于现有成果的分析判断以及桥梁有限元修正的进一步探索，提出了本文的研究技术路线。　　2、其次，基于数据驱动的随机子空间法的计算原理和计算过程，利用钢箱梁对识别过程进行验证，通过数值算例模拟环境激励下的加速度响应数据并利用SSI-DATA识别结构的模态。结果表明：SSI-DATA可准确地识别结构的各阶模态参数，说明SSI-DATA可应用于环境激励下桥梁结构模态参数的识别。　　3、再次，基于响应面技术对有限元模型的修正方法，对其中响应面模型的构建步骤进行了详细介绍，将设计参数和响应之间的隐形函数关系显示化，在有限次计算的基础上，极大程度提高计算效率同时保证计算精度。　　4、然后，以模拟损伤的数值梁为例，首先建立初始有限元模型，利用中心复合设计（CCD设计）选取样本，然后通过回归分析技术对样本数据进行响应面拟合，对回归后的响应面模型进行精度检验。最后构建优化函数，对目标函数计算寻优，得到的修正后参数在控制误差范围内，证明运用算例实现了对响应面模型修正法的验证，为下文利用响应面法对实际工程桥梁有限元模型的修正奠定了基础。　　5、然后，以柳河大桥为例，利用Midas/Civil有限元软件建立模型对柳河大桥进行静动载试验，为下一步模型修正提供数据支撑。利用响应面方法基于实测动力响应数据对柳河大桥进行有限元修正，并利用静力响应数据对修正后的模型进行验证，获得了可用于承载力评估的有限元模型，为桥梁实际工程评价奠定了研究与应用基础。　　6、最后，利用修正的有限元模型计算结果对实际桥梁工程承载力进行判断，利用有限元结构参数退化模拟结构损伤，采用等代校验系数方法，对柳河大桥承载力进行评估预测，这也是本文研究的工程意义所在。
作者：	朱琳
专业：	交通运输工程
导师：	张思峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2021