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考虑阻尼的梁式结构响应面法有限元模型修正
| 论文题名： | 考虑阻尼的梁式结构响应面法有限元模型修正 |
| 关键词： | 桥梁结构;简支梁;响应面法;双链量子遗传算法;有限元模型 |
| 摘要： | 随着服役时间的增加，桥梁结构往往会受到施工质量不佳、养护不当等因素影响而产生损伤，基于设计参数建立的有限元模型与结构的实际技术状况产生了较大误差。因此通过有限元模型修正技术获得准确的仿真模型对于桥梁的结构分析、健康监测、损伤识别等有着重要意义。同时，阻尼对于结构动力分析结果的精度和可靠性有着重大影响，应在模型修正中采用合理的阻尼模型。 传统的参数型模型修正方法有着诸多不足之处，如参数选取不精确、计算量大、收敛速度慢等。本文对基于响应面法及双链量子遗传算法的模型修正进行了研究，并在试验简支梁和实桥案例中进行了应用。 首先，详细介绍了基于响应面法的模型修正的原理及实现步骤；总结了三种常用优化算法的基本理论，通过算法性能测试最终选择计算精度好、鲁棒性强、运算效率高的双链量子遗传算法进行优化计算。 其次，介绍了常见的Rayleigh阻尼系数的确定方法，并通过制作混凝土试验梁进行简支梁静力、动力试验获得实测数据，分析比较后发现阻尼系数的改变对结构的动力响应特别是峰值大小影响显著；相比于质量比例阻尼系数α，刚度比例阻尼系数β的变化对于加速度响应的影响更加明显，随着β值的不断增加，同一测点的加速度响应峰值依次不断减小。并据此选取了较为合理的Rayleigh阻尼模型开展模型修正。 再次，以试验梁的静、动力实测数据为依托，进行试验梁的有限元模型修正。以基频及振型参与质量较大的频率为参考频率计算结构的Rayleigh阻尼。引入了试验梁跨中截面处的最大加速度为响应进行模型修正，使得修正后的最大加速度响应与实测值更加吻合。 最后，以王湾大桥静、动力荷载试验数据为基础，采用合理的阻尼模型，通过响应面法及DCQGA算法对弹性模量、质量密度分别进行了修正。静力修正结果显示，桥梁挠度与实测值最大误差2.5%；动力修正后，频率最大误差下降至4.96%，最大加速度响应最大误差为6.40%，表明本文所采用的模型修正方法对获得更为精确的结构响应具有实际意义，进一步验证了选用合理的Rayleigh阻尼模型进行模型修正的优势与必要性，对于桥梁的时程分析、抗风与抗震计算等也具有一定实用意义。 |
| 作者： | 陈志远 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 李之达;雷建平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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