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基于子结构方法的悬索桥有限元模型修正
| 论文题名： | 基于子结构方法的悬索桥有限元模型修正 |
| 关键词： | 悬索桥;有限元模型修正;监测数据;子结构方法 |
| 摘要： | 桥梁做为重要的交通枢纽，其安全性关系是国民安全与经济发展的重要保障。为了提高桥梁运营的安全性，大跨桥梁都安装了监测系统，监测系统记录的数据能够反作用于桥梁的状态分析。监测数据能够为结构模型修正提供重要依据，修正后的有限元模型可用于结构控制、状态评估等各个方面。如何快速、真实的识别结构模态信息是一个至关重要的问题。除此之外，大型结构具有较多的自由度、较多的结构参数，如何快速有效的修正大型结构的有限元模型是一个亟需解决的问题。本文结合工程实践需要，针对快速修正、模态识别问题做了以下几个方面研究。 （1）在总结桥梁有限元模型各种修正方法的基础上，重点研究了克朗子结构法，一种快速修正有限元模型修正并能保证精度的方法，该方法通过将整体结构划分为子结构，再将子结构的计算特征解、特征解导数、剩余柔度、剩余柔度导数组集得到整体结构的特征解及其对应导数。而与关注子结构无关的参数导数为零，从而减少计算灵敏度的时间。将推导的子结构理论应用于简支梁数值模拟模型边界条件模型修正，修正后的结构频率最大误差为1.755%。由此说明，子结构方法能够快速、高效的修正桥梁边界条件。 （2）针对将子结构方法引入桥梁结构所产生的子结构划分问题、各子结构间的连接问题、修正参数较多等问题，提出了不同大跨桥梁的划分原则、不同构件的连接矩阵理论、基于单元刚度与特征向量的灵敏度计算理论。并将这些推导理论应用于MATLAB构建的悬索桥有限元模型修正当中，结果表明，基于子结构方法的特征值灵敏度计算时间仅为整体法灵敏度计算时间的1/3，悬索桥频率由修正前的最大误差4.934%，减少为1.416%。整个修正过程耗费总时长为13min，综上可知，将子结构方法应用于悬索桥模型修正，不仅具有较高的精度，还具有较高的效率。 （3）针对实验室数据存在误差、现场试验封闭交通带来的不便性，本文将桥梁监测数据应用于模型修正。针对现场监测数据的不确定性，提出了利用功率谱判定异常传感器。针对监测数据受噪生影响较大问题，提出了基于小波变换的数据降噪理论。针对监测数据量较大，计算效率缓慢问题，提出了数据截取方法。将AFDD方法用于识别结构模态信息，并对比分析了不同处理方法对结构振动特性的影响，最后，将识别模态与子结构方法相结合用于修正实际悬索桥主梁弹性模量，结果表明，修正后的结构频率由修正前频率的最大误差14.18%，减少为最大误差为2.521%。由此可知，子结构方法能够高效、快捷、高精度的修正实际桥梁结构。 |
| 作者： | 王丹 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 伊廷华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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