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大跨径斜拉桥结构动力特性分析与有限元模型修正
| 论文题名： | 大跨径斜拉桥结构动力特性分析与有限元模型修正 |
| 关键词： | 斜拉桥;动力特性;运营模态识别;有限元模型修正;动力摄动法 |
| 摘要： | 当桥梁竣工验收进入通车运营阶段后，伴随时间的增长，会无法避免地受到各种不同程度的病害和损伤。这其中的原因可能有材料老化、环境腐蚀、天然灾害以及车辆荷载的相互作用等等。此外，加上有限元模拟过程中的相关假定与简化，使得基于初始设计图建立的有限元模型的模拟响应结果与结构健康监测系统测试的结果之间存在不可忽视的误差。因此，通过对原始有限元模型的修正，使其计算的模拟响应值趋于结构的真实响应值成为一个有重要实际意义的研究领域。为获取精确的有限元模型，本文以基于动力摄动法的有限元模型修正方法为基础，以鄱阳湖二桥健康监测系统的实测动力响应为研究对象，对大跨径斜拉桥进行结构动力特性分析与有限元模型修正。本文的主要研究内容如下： （1）归纳斜拉桥的概念及结构特点，综述其发展历程、动力特性分析以及有限元模型修正方法的研究现状，分析现有研究的不足之处。随后对斜拉桥有限元三维建模及动力分析的理论和方法作了详细的论述。 （2）对常用的结构运营模态识别算法进行了分类阐述，其中着重对本文所运用的PP、ERA、SSI等几种方法的理论进行了详细论述，并推导相关公式，同时比较各种方法的优劣性。最后，利用广州塔的实际响应数据为算例进行分析，提取其频率和振型等模态参数对算法的适用性加以验证。 （3）详细阐述利用动力特性进行有限元模型修正技术的基础理论，介绍修正流程，并对该过程中的几个关键性问题做了详细的分析与总结。推导了基于动力摄动法的有限元模型修正理论方法，并重点阐述了该方法的理论推导和适用条件。最后，通过二维简支梁和三维桁架结构的算例验证该方法的正确性。 （4）建立鄱阳湖二桥的精细有限元模型并进行动力特性分析，得到有限元数值模拟结果。通过SSI方法对结构进行模态参数识别，提取鄱阳湖二桥健康监测系统的实测动力响应，得到固有频率和振型。将有限元计算结果与实测数据进行对比，编制动力摄动法程序实现参数型模型修正，并利用修正后的有限元模型验证动力响应。结果表明，修正后的斜拉桥模拟响应与真实响应误差很小，可作为结构的静动力分析、损伤识别和状态评估的基准模型。 |
| 作者： | 王力骋 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 陈华鹏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华东交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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