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大跨度混合梁斜拉桥动力分析与模型修正

作　者: 黄伟
导　师: 宋固全; 张纯
学　校: 南昌大学
专　业: 力学
关键词: 斜拉桥 模型修正 灵敏度 正则化
分类号: U448.27
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


在桥梁的建造运营过程中,由于设计、施工、环境和突发事故等多方面原因,导致桥梁发生不同程度的损伤,因此影响到桥梁的正常使用和安全。为了正常维护确保桥梁的安全,必需对桥梁可能存在的损伤进行检测,尤其是大跨度的桥梁。斜拉桥以自身特点的优越性和其超强的跨越能力,在大跨度桥梁中受到越来越广泛的关注。因此研究大跨度斜拉桥的损伤识别就具有非常重要的作用。结构损伤识别的精度一方面与结构的有限元模型有关,另一方面也与损伤识别所采用的方法有关。本文的研究背景为国家7918高速公路网中的福州至银川主线的重要组成部分之一的九江长江公路大桥。其主梁由钢箱梁和混凝土箱梁以及钢混结合段组成,布索采用双索面密锁扇形,共有两座索塔,为半漂浮体系。在初步建立的有限元模型基础上,对桥梁进行模态分析,得出该桥梁的模态特性如下：1)频率密集,前20阶集中分布在0.10Hz～1.0Hz之间；2)基本周期很长,第一阶频率仅为O.1Hz,周期达到10s；3)第二阶振型表现为主跨钢箱梁的横向弯曲；4)第一阶对称竖向弯曲则是出现在整体振型的第三阶,且前十阶振型中有五阶以竖向弯曲为主；5)前二十阶振型中主梁竖向的弯曲主要发生在钢箱梁部分。在此基础上进行了灵敏度分析,指出弹性模量的灵敏度：1)对该桥梁最为敏感的模态为横桥向弯曲,其次是竖桥向弯曲；2)对横桥向弯曲和竖桥向弯曲的影响随着其阶次的升高而增加；3)对各阶横桥向弯曲和竖桥向弯曲的影响最大单元位于模态特性分析时该阶横桥向弯曲或竖桥向弯曲模态最大值位置。利用有限元模型修正方法对该桥进行损伤识别模拟,通过单损伤、两损伤和多损伤的算例可以看出,基于灵敏度的模型修正方法在没有噪声或者噪声较小的情况下可以较好的识别出损伤位置和损伤大小,但随着噪声的增加,会导致误判的可能性增加。而正则化模型修正方法能显著改善这一缺点,能有效地恢复模型修正过程的适定性,显著降低噪声的影响,避免损伤误判的出现。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-16
  1.1 引言  8-9
  1.2 斜拉桥的发展状况  9-12
    1.2.1 斜拉桥概述  9-10
    1.2.2 混合梁斜拉桥  10-11
    1.2.3 混合梁斜拉桥动力分析研究现状  11-12
  1.3 有限元模型修正方法以及灵敏度分析的研究现状  12-14
    1.3.1 有限元模型修正方法研究现状  12
    1.3.2 灵敏度的分析研究现状  12-14
  1.4 问题的提出和研究意义  14
  1.5 主要研究内容  14-16
第2章 大跨度斜拉桥有限元模型及自振分析  16-37
  2.1 引言  16
  2.2 工程概况  16-17
  2.3 各部件详情与有限元模型  17-25
    2.3.1 索塔  17-20
    2.3.2 主梁  20-23
    2.3.3 斜拉索  23-24
    2.3.4 压重段  24-25
    2.3.5 斜拉索与桥塔的连接  25
    2.3.6 斜拉桥的边界条件  25
  2.4 完整的空间有限元模型  25-27
  2.5 斜拉桥自由振动特性  27-36
  2.6 本章小结  36-37
第3章 九江长江公路大桥灵敏度分析  37-44
  3.1 引言  37
  3.2 灵敏度分析理论  37-39
  3.3 灵敏度分析结果  39-43
    3.3.1 各单元弹性模量灵敏度结果  39-41
    3.3.2 各单元弹性模量灵敏度结果分析  41-43
  3.4 本章小结  43-44
第4章 九江长江公路大桥基于灵敏度的模型修正  44-67
  4.1 引言  44
  4.2 基于灵敏度的有限元模型修正方法  44-62
    4.2.1 基于灵敏度的有限元模型修正方法  44-46
    4.2.2 基于灵敏度的有限元模型修正结果  46-62
  4.3 基于灵敏度的正则化有限元模型修正方法  62-66
    4.3.1 基于灵敏度的正则化有限元模型修正方法  62-63
    4.3.2 多损伤的识别结果  63-64
    4.3.3 不同噪声的多损伤识别结果  64-66
  4.4 本章小结  66-67
第5章 结论与展望  67-69
  5.1 结论  67
  5.2 进一步工作方向  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
附录  73-75

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 各种桥梁 > 桥梁：按结构分 > 斜拉桥
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