基于静动力试验的铁路连续刚构-拱桥模型修正

为提升大跨度铁路连续刚构-拱桥有限元模型预测精度,同时针对传统有限元模型修正中只采用全局最优解而忽略可能更接近实际情况的局部最优解问题,提出一种基于距离机制的改进稳态遗传算法(DSSGA),利用实测静动力数据对其初始有限元模型进行模型修正。首先,介绍桥梁基本信息、初始有限元模型和静动力试验及其试验结果;其次,介绍DSSGA算法的理论以及其结合Kriging代理模型的基本修正流程,并通过测试函数验证DSS-GA算法的优化效果;最后,通过灵敏度分析选择待修正结构参数,利用拉丁超立方设计构建Kriging代理模型并检验其精度,利用静力位移、试验模态参数构造目标函数,对该桥进行模型修正。结果表明:与标准稳态遗传算法(SSGA)相比,DSSGA算法能够提供目标函数在搜索域的全局最优解和更多组局部最优解,有效避免SSGA算法角度机制所产生的解集不完整的局限性,且全局最优解的目标函数值更小,具有更高的搜索效率。经过模型修正,所有测点的位移相对误差控制在10%以内,频率相对误差控制在5%以内,修正后模型的预测精度大幅度提升。修正后的模型可作为该桥的基准有限元模型,用于后续桥梁健康监测与状态评估。

基于响应面法和ARO算法的桥梁有限元模型修正

针对桥梁结构模型修正过程中计算量大、全局寻优难等问题,提出一种基于响应面法和人工兔优化算法(artificial rabbits optimization, ARO)的桥梁有限元模型修正方法。该方法通过F检验法明确对结构响应影响显著的参数并建立响应面模型作为桥梁有限元模型的代理模型进行迭代计算,然后通过静动力联合修正法基于特征响应的响应面模型计算值和试验值构建目标函数,并通过人工兔优化算法对目标函数进行迭代计算进而获得精确的有限元模型参数。采用该方法对变截面连续刚构黄河特大桥有限元模型进行修正,结果显示:基于显著性分析结果建立的桥梁响应面模型相关系数大于0.98,且平均绝对误差低于0.05;模型修正后主梁关键截面竖向位移最大相对误差由32.97%降至5.72%,平均相对误差由20.67%降至3.61%,桥梁前3阶竖向自振频率平均相对误差仅为0.18%。可见,采用所提方法修正的模型能用于评价桥梁结构实际受力性能。

连续刚构桥动力特性参数识别与有限元模型修正

以东营黄河公路大桥——大跨预应力混凝土连续刚构桥为对象,首先利用ANSYS建立了全桥的三维有限元模型并进行了理论模态分析;并应用频率分解方法(FDD)和特征系统实现算法(ERA)分析了该桥所安装的健康监测系统采集的加速度响应数据,进行了桥梁动力特性参数识别;最后,在所建立的初始有限元模型和识别的实际桥梁动力特性参数的基础上,采用模型修正的方法,得到了该桥修正的有限元模型。研究结果表明,通过该桥监测系统采集的加速度数据可以较好地识别其模态参数,所识别的模态参数可作为结构动力特性修正的依据;修正后的有限元模型能更真实地反映结构的动力特性,模型修正的结果较好地反映了实际桥梁的物理特性。该模型可以作为该桥梁长期健康监测与状态评估的基准模型。

连续刚构拱组合桥锚固区局部应力模型试验

为探讨连续刚构拱组合桥锚固区的局部应力,以宜万铁路宜昌长江大桥——连续刚构-钢管混凝土柔性拱新型组合桥为工程背景,分别进行了顶、底板模型试验,并与数值计算进行了比较,获得了锚固区局部应力的传递规律.此外,讨论了锚固区裂缝产生的原因.研究结果表明:在纵向预应力张拉过程中,箱梁锚固区始终处于弹性工作状态,锚垫板下混凝土受力是安全的;模型各测试截面混凝土测点应力与施加的荷载呈线性关系,结构处于弹性受力状态.

大跨度连续刚构拱组合桥梁拱墩结合块模型试验研究

简单介绍了模型试验的相似和设计原则,对模型试验的加载工况、加载程序、测点布置等也进行了讨论。应用大型COSMOS/Works软件,结合已有的研究成果,在选定混凝土、钢筋和钢绞线单元的基础上,建立了边主墩和中主墩梁拱墩结合块三维有限元模型,得到数值分析结果,将数值计算结果与试验结果进行对比分析,得出了顶底板、腹板、拱脚和墩顶混凝土应力分布规律,深入研究了梁拱墩结合块的复杂受力行为。研究表明:顶底板混凝土正应力沿纵向均呈先减小再增大的趋势;腹板混凝土正应力沿竖向从上至下呈增大趋势,沿纵向正应力呈先减小、后增大和再减小的趋势;拱脚混凝土主压应力由后拱外侧往前拱内侧呈增大趋势;双薄壁墩和空心单柱墩墩顶混凝土各断面基本处于受压状态。梁拱墩结合块受力合理,大跨度连续刚构拱组合桥设计合理。

刚构-连续梁桥健康监测系统设计

为了解决刚构-连续梁桥结构健康监测系统的建设问题,以金水沟大桥为研究对象进行研究,针对刚构-连续梁桥的结构环境和受力特点,研究了刚构-连续梁桥健康监测系统的监测内容,系统组成、作用及原理,提出了建立健康监测系统项目的选择依据,并对金水沟大桥健康监测系统的构成、主要功能、监测仪器选择以及传感器布置等进行了分析,为金水沟大桥健康监测系统的建立提供科学依据,同时也为此类桥梁健康监测系统的建设提供参考。

连续刚构桥0号块空间应力分析

应用弹性力学圣维南原理,采用ANSYS通用有限元计算软件对预应力混凝土连续刚构桥0号块进行了空间应力分析。结合具体工程设计实例,通过计算、对比和分析,明确了局部结构应力分布规律:在施工阶段和成桥阶段的不同工况下,预应力混凝土连续刚构桥0号块区域顶板和腹板主要受压应力作用,底板主要受拉应力作用,横隔板局部存在拉应力。通过对预应力混凝土连续刚构桥0号块进行应力分析,得出主要结论是:0号块结构设计应特别重视短暂应力状态,可根据结构应力分布规律,优化结构的几何构造,合理配置预应力钢束和钢筋,改善结构局部应力状态。

双薄壁墩连续刚构桥墩间距计算方法

为了合理地选择双薄壁墩的墩间距,通过分析挂篮、施工机具、浇筑块件的动力效应和梁体受到的不均匀静载所产生的不平衡弯矩确定墩间距的下限值;通过分析强度约束确定墩间距的上限值.工程实例验证了墩间距范围计算公式的正确性和适用性.

空间刚架结构钢-混结合段合理构造模型试验和数值模拟研究

依托某空间刚架结构钢-混结合段为工程背景,按照“应力等效”原则完成了1∶2大比例节段模型的静载试验,同时,建立了考虑接触非线性和剪切刚度的精细有限元模型。在理论计算和模型试验吻合较好的基础之上,探讨了PBL剪力键不同剪切刚度和构造细节对结合段受力特点的影响。研究结果表明:在原设计构造下,剪切刚度对计算结果影响有限,承压板的设置情况对应力大小及分布规律影响显著。将承压板和剪力键配合使用,能达到较理想的综合效果。

装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥非线性动力模型建立方法

新型的钢桁-混凝土组合连续刚构桥(Prefabricated Steel Truss-concrete(PSTC)Composite Continuous Rigid Frame Bridge)采用全装配式施工,并通过焊接预埋于混凝土桥道板内的剪力联结钢构件,将预制混凝土桥道板与钢桁联结为一体,无需预留剪力键后浇孔洞和现浇预制桥道板间湿接缝。为探索一套适用于装配式钢桁-混凝土连续刚构桥的非线性动力模型建立方法,掌握全桥动力计算中的新型装配式栓钉剪力键(PCSS剪力键)、预制混凝土桥道板、拼接缝及桥墩的非线性模拟方法,基于前期已经开展的PCSS剪力键推出试验和精细化有限元分析,建立了钢桁-混凝土组合连续刚构桥中2 m节段PCSS剪力键的实体有限元模型,得到了顺桥向、竖向以及横桥向的荷载-滑移曲线、刚度及承载能力,并作为非线性弹簧单元的特征值代入全桥计算模型;借用动力分析中的P-M-M塑性铰模拟了预制混凝土桥道板间接缝可能出现的开裂,并利用Ucfyber程序计算塑性铰的P-M参数,代入有限元程序中计算得到P-M-M塑性铰特征值;利用以上方法,建立了l=386 m装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥非线性动力模型,得到了该桥的动力特性。研究成果为后续研究该桥型的动力性能或抗震响应奠定了基础,亦可供同类装配式桥梁参考。

局部空间有限元模型在桥梁设计中的应用

提出了一种基于平面模型的局部空间壳单元模型计算方法 ,并应用通用有限元软件对一大跨度预应力混凝土斜腿刚构桥进行了计算分析。通过与其他计算模型结果的对比 ,验证了这种方法的精确性 。

某刚架桥有限元分析

简单介绍了某刚架桥的特点,并建立了空间杆系有限元模型,对其静力、动力进行详细分析,为同类桥梁设计提供理论依据。

基于ANSYS对某刚架桥进行结构分析

为了完善刚架桥的设计,基于通用有限元程序软件ANSYS,利用有限元的分析方法对某刚架桥的静力、动力进行详细分析,为设计提供理论依据,取得较好效果。

大跨径连续刚构桥0号块局部空间应力分析

以山西沁河大跨连续刚构桥为研究对象,利用Midas/Civil建立全桥杆系模型,分别获得施工及成桥阶段的最不利内力组合;采用Ansys软件建立空间有限元计算模型,对0号块空间应力进行了系统性分析。计算结果表明,除预应力钢束两端与混凝土接触点小范围区域内发生应力集中现象之外,其余绝大部分区域混凝土应力满足规范要求。分析过程中详细阐述了有限元模型的建立方法、荷载的施加、计算工况以及应力限值的确定原则,可为类似结构的分析和设计提供参考。

广州区庄立交第二层刚架桥有限元分析

简单介绍了广州市区庄立交第二层刚架桥的特点,并建立了空间杆系有限元模型,对其静力、动力进行详细分析,为设计提供理论依据。

双肢薄壁墩参数对连续刚构桥抗震影响分析

为了研究地震响应下双肢薄壁墩参数对高墩连续刚构桥抗震性能的影响,本文以某高墩连续刚构桥为研究对象,采用时程分析方法。以桥墩纵横向的薄壁厚度、双肢间距以及桥墩截面形式结合系梁为主要参数,从桥梁的振型频率、桥墩的位移以及内力变化三个方面对其抗震性能进行评价。结果表明:双肢薄壁厚度与双肢间距对桥梁高阶振型频率的影响较大;双肢薄壁墩的厚度与桥墩的抗弯刚度以及抗推刚度成正比关系;纵桥向抗弯刚度随双肢间距的增大而逐渐增大;设置纵向横系梁会增大桥梁的纵向刚度和减少墩顶的内力及位移;空心截面桥墩的抗震性能要优于实心截面桥墩的抗震性能。

矮墩式刚构桥受力行为仿真分析

矮墩式刚构桥与常见的大跨、高墩连续刚构桥存在着较大差异,由于跨度小、墩较矮、约束强,导致温度、支座沉降等因素对结构的受力行为影响较大,文章通过有限元计算,对矮墩式刚构桥受力行为进行分析,给出了相应结论和建议.

中承式蝴蝶型系杆拱桥三角刚构区域应力分析

为明确蝴蝶型系杆拱桥三角刚构区域的应力分布规律,开展了三角刚构区域光弹性模型试验与有限元分析。结果表明:光弹性模型试验和有限元分析结果相互验证了二者的正确性。三角刚构区边拱拱腹、主拱拱背和转角处均出现局部拉应力,最大拉应力5.40 MPa;横梁节点拉应力较大位置主要集中在横梁边跨牛腿与混凝土主拱结合处、混凝土主拱与横梁上表面结合处、边跨牛腿支座处和主跨牛腿支座处,最大拉应力3.89 MPa,均超过规范限值。建议在三角刚构区的边拱空腹区域两端和横梁转角处等应力集中区域增设加腋和倒角过渡,同时拉应力较大区域加强受拉普通钢筋或预应力钢筋的配置。

高桩承台连续刚构桥的调谐隔震设计方法

高桩承台连续刚构桥具有基础抗侧移刚度小的特点,能有效延长结构自振周期,减小地震内力响应。为更好地利用高桩承台的柔性变形,基于质量调谐原理,提出了一种调谐隔震设计方法。该方法将连续刚构桥简化为2自由度体系,建立调谐隔震的力学模型,将随机振动作为外部激励,以墩底弯矩最小为优化目标,采用频域解法建立了墩底弯矩响应与桥墩-桩基的频率比f、主梁-承台质量比μ的函数关系。通过枚举法,得出最优频率比与质量比的函数关系,进而求出优化后的桥墩刚度和桩基刚度。计算结果表明:连续刚构桥的2自由度简化模型可以准确反映其主要动力特性,经调谐隔震优化设计后,墩顶和墩底弯矩的减震率分别可达46.5%和58.7%,验证了调谐隔震方法可有效控制高桩承台连续刚构桥的地震响应。

联合模态柔度和静力位移的桥梁有限元模型修正方法

利用商用软件ANSYS提供的零阶和一阶优化算法,通过1个仿真简支梁有限元模型修正算例,比较了不同目标函数的有限元模型修正效果,提出了一种联合动力模态柔度和静力位移的有限元模型修正方法,并将这种方法运用于一座加固后的刚架拱桥的有限元模型修正,建立起了该桥加固后的基准有限元模型。结果表明:利用修正后的刚架拱桥有限元模型计算的静、动力特性与实测结果吻合良好,这种联合静、动力的有限元模型修正方法具有比较好的模型修正效果,修正后的桥梁有限元模型可以服务于桥梁健康监测和安全评估。