[碩士]有限元模型修正的斜拉橋健康監(jiān)測系統(tǒng)閾值分析

內容簡介

　　[碩士]有限元模型修正的斜拉橋健康監(jiān)測系統(tǒng)閾值分析　　學科專業(yè)：工程力學　　授予學位：碩士　　學位授予單位：武漢理工大學　　學位年度：2011　　由于具有超強的跨越能力和出色的自身優(yōu)點，斜拉橋日益向大跨度方向邁進，中國蘇通長江公路大橋是世界跨徑最大的斜拉橋，其主跨己達到1088 mo大跨徑斜拉橋結構若采用單一的混凝土梁或鋼梁，邊跨墩頂都會產生負反力，且塔頂和主跨會產生過大的偏移及撓度，因此產生了混合梁斜拉橋結構，邊跨混凝土主梁不但起到壓重、增加全橋整體剛度及直接參與受力的作用，而且能顯著降低工程造價。同時為適應水文、地質、地形(包括水底地形)等條件，斜拉橋索塔的高度有時建造得不一致，還給人錯落有致的映象，能增加橋梁的動感和美學特色，但這樣也會破壞結構的對稱性。顯然地，大跨度高低塔混合梁斜拉橋的靜、動力特性會更加復雜。　　本論文結合荊岳長江公路大橋這一大跨度高低塔混合梁斜拉橋，使用MIDAS/CIVIL軟件建立全橋的初始空間有限元模型，利用成橋靜力和動力荷載試驗對該有限元模型進行驗證和必要的修正，使其為結構長期健康監(jiān)測系統(tǒng)提供運營階段的預警閩值。論文的具體研究工作包括以下三個方面:　　 (1)針對大跨度混合梁斜拉橋的顯著的非線性效應，首先介紹了對大跨度混合梁斜拉橋進行非線性分析時需注意的問題及模型應滿足的要求，以及介紹了確定斜拉橋合理成橋狀態(tài)的幾種典型方法，包括零位移法、彎曲能量最小法、連續(xù)梁法、影響矩陣法，其中對最小彎曲能量法和影響矩陣法的基本原理和公式進行了重點介紹和推導。遵循前面介紹的建模要求，建立了荊岳長江大橋的空間有限元模型，采用影響矩陣法，以塔頂水平位移和主梁豎向位移為約束條件，計算得到了最優(yōu)索力，與荊岳橋設計方給出的目標索力值相比誤差平均小于5%，從而獲得了荊岳長江大橋的合理成橋狀態(tài)?！　? (2)以荊岳長江大橋通車前的現場靜載試驗為基礎，將各個荷載工況實測的主梁變形、部分斜拉索索力及主梁截面應力與有限元模型計算值比較，實測值與計算值吻合良好，驗證了荊岳長江大橋完整的三維有限元模型可以準確地反映其在靜荷載作用下的力學行為，表明初始有限元模型中結構物理參數和剛度基本上不需修正;接下來充分利用荊岳橋的全橋動力特性試驗，通過實測模態(tài)結果與有限元模態(tài)計算結果對比，對初始有限元模型的邊界條件參數進行修正，修正后的有限元模型能真實體現荊岳橋結構的動力特性，能夠反映荊岳橋在運營前未有損傷情況下結構的真實行為，為其長期健康監(jiān)測和運營階段狀態(tài)評估提供可靠的計算基準，可作為該橋的基準有限元模型?！　? (3)以修正后的荊岳長江公路大橋有限元模型為基礎，全面施加運營階段閉值計算所需的荷載，通過不同的荷載工況組合，評估運營階段的結構狀態(tài)，表明荊岳橋在運營階段結構處于良好的工作狀態(tài).再以荊岳橋健康監(jiān)測系統(tǒng)的預警報警系統(tǒng)級別為基礎，給出結構健康監(jiān)測系統(tǒng)典型傳感器測點的闡值，為其長期健康監(jiān)測系統(tǒng)提供了有效的報警依據，為更深入研究大跨度混合梁斜拉橋結構損傷識別提供了參考標準。

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