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桥梁结构刚度参数静力方法优化识别及有限元模型修正

作　者: 何志军
导　师: 刘小燕；韦成龙
学　校: 长沙理工大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 高墩大跨连续刚构桥静力位移测试刚度参数优化识别有限元模型修正对比分析
分类号: U441
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

桥梁结构成桥后的状态参数往往与设计时的初始值有差别,成桥之后荷载试验的理论计算模型通常采用设计时的初始参数值,这样建立的模型计算出的效应值与实验测试值不同,有限元模型与结构真实状态不相符,无法了解结构的真实应力状态。为了获得结构真实状态刚度参数值,需要对其进行优化识别。本文基于静载试验的静力位移测试值,以现场实测挠度值与有限元计算值残差最小为目标,通过对有限元模型的不断优化来实现对桥梁结构真实刚度参数的识别,主要开展如下方面的计算及分析:1.基于野三河大桥静载试验挠度测试数据,以优化理论为指导,用计算值逼近试验测试值为条件,进行优化识别分析。将识别的刚度参数对有限元模型进行修正,建立基于修正后接近实际情况的有限元模型以计算结构的真实效应值。2.采用ANSYS软件优化模块和Matlab语言自编程序进行野三河大桥优化识别的计算,并实现ANSYS软件与Matlab程序的对口连接。3.将优化修正的有限元模型用于大桥静载试验其它工况的计算分析,对比分析优化修正之前的模型计算值和修正之后的计算值,了解结构的真实状态。4.将静力优化识别与动力优化识别交叉比较分析,探讨二者的关系。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-15
  1.1 问题的提出及研究意义  9-10
  1.2 桥梁结构刚度参数识别的国内外研究现状  10-13
    1.2.1 刚度参数识别的工程意义和功能  10-11
    1.2.2 刚度参数识别的方法综述  11-13
    1.2.3 高墩大跨连续刚构桥刚度参数识别与应用的现状  13
  1.3 桥梁结构静力方法优化识别的方法实现  13-14
  1.4 本文的研究思路  14-15
第二章静力方法识别刚度参数分析理论与方法  15-27
  2.1 引言  15
  2.2 梁的弯曲变形与刚度条件  15-16
  2.3 反问题及工程反分析  16-17
    2.3.1 反问题的基本概念  16
    2.3.2 工程反分析问题的概念  16-17
    2.3.3 工程反分析问题的一般原则  17
    2.3.4 工程反分析问题的分析方法  17
  2.4 最优化问题的基本概念  17-19
    2.4.1 优化问题的一般模式  18
    2.4.2 优化问题的分类  18-19
  2.5 优化问题的求解方法  19-23
    2.5.1 罚函数法  19-21
    2.5.2 Levenberg-Marquard 法  21-23
  2.6 静力优化识别的具体形式  23-25
    2.6.1 弹性模量的反演理论  23-24
    2.6.2 优化具体算法  24-25
  2.7 结构刚度参数优化识别的流程  25-26
  2.8 本章小结  26-27
第三章野三河特大桥试验及有限元计算  27-37
  3.1 引言  27-28
  3.2 野三河特大桥荷载试验  28-29
  3.3 桥梁有限元模型建立与计算  29-35
    3.3.1 单元选取与结构离散  29-30
    3.3.2 材料参数与约束条件  30
    3.3.3 野三河大桥有限元模型  30-31
    3.3.4 模型计算结果与验证  31-35
  3.4 本章小结  35-37
第四章野三河特大桥刚度参数优化识别分析  37-52
  4.1 引言  37-38
  4.2 基于静力测试优化识别的描述和实现  38-43
    4.2.1 优化基本原理描述  38
    4.2.2 优化基本算法  38-40
    4.2.3 工程结构中基于静力位移测试优化识别的实现  40-43
  4.3 野三河特大桥优化识别  43-50
    4.3.1 刚度优化参数的选取  43
    4.3.2 野三河特大桥优化识别计算分析  43-50
  4.4 本章小结  50-52
第五章野三河特大桥有限元模型修正分析  52-64
  5.1 引言  52
  5.2 修正之前的静力效应对比  52-55
    5.2.1 修正之前的挠度值对比  52-54
    5.2.2 修正之前的应力值对比  54-55
  5.3 刚度修正后的静力效应对比  55-60
    5.3.1 刚度修正后挠度值的对比  56-58
    5.3.2 刚度修正后应力值的对比  58-60
  5.4 静力修正与动力修正的比较分析  60-63
    5.4.1 静力修正的模型用于动力特性的计算分析  60-62
    5.4.2 动力修正的模型用于静力效应的计算分析  62-63
  5.5 本章小结  63-64
结论与展望  64-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
附录A  71-72
附录B 部分源程序  72-74

桥梁结构刚度参数静力方法优化识别及有限元模型修正

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