基于静动载试验及矩阵型修正法的连续刚构桥有限元模型修正

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随着桥梁建设大力发展，旧桥与新桥更替频繁，为了提高对老旧桥梁健康评估的效率，快速修正桥梁的有限元模型成为学者研究的热点。矩阵型模型修正方法能克服修正时间长，算法复杂，计算结果不收敛等常见问题，同时也能满足工程精度要求。为了探究矩阵型修正法快速修正桥梁有限元模型的可行性与可靠性，本文在阅读大量文献的基础上，推导了一致质量矩阵、集中质量矩阵和刚度矩阵的参数表达式；然后通过联合使用有限元模拟软件ANSYS和数值计算软件MATLAB，采取矩阵型修正法的全元素修正法修正了一简支梁算例有限元模型，并研究了该方法的准确性；最后运用该方法对一座现役连续刚构桥进行了修正，讨论了矩阵型修正法快速修正有限元模型在工程上的可行性与可靠性。主要研究内容和结论如下：
　　(1)推导了4阶一致质量矩阵、集中质量矩阵和刚度矩阵的形成过程，展示了6阶一致质量矩阵和刚度矩阵的参数表达式，并研究了一致质量矩阵与集中质量矩阵在精度上的差别；
　　(2)利用ANSYS建立了一简支梁算例有限元模型，通过人为降低其弹性模型和惯性矩来模拟简支梁损伤，并建立了损伤模型。通过联合使用ANSYS和MATLAB，分析了结构一阶固有频率对刚度矩阵和质量矩阵的灵敏度，并确定了刚度矩阵与质量矩阵的修正次序。采用枚举拟合法先后选取了刚度矩阵与质量矩阵修正系数，通过分析结构前五阶固有频率研究了模型修正的精度，并编写了智能选取修正系数的MATLAB程序，验证了模型修正的可靠性；
　　(3)介绍了一座现役连续刚构桥梁动静载试验，建立了桥梁结构有限元模型，通过敏感度分析确定了修正刚度矩阵与质量矩阵的先后次序；
　　(4)根据桥梁动载试验所测的频率结果，利用ANSYS和MATLAB相结合，选取了修正系数值，对桥梁有限元模型进行了修正。根据桥梁静载试验结果，采用桥梁有限元软件MIDAS，分析了修正后桥梁模型的精度。结果表明本文有限元模型修正方法在实际桥梁工程中是可行的和可靠的，为快速修正桥梁结构有限元模型提供了一种方法。

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作者
鄢张扬;
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作者单位

武汉工程大学;

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授予单位武汉工程大学;
学科建筑与土木工程
授予学位硕士
导师姓名卢海林;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类刚构桥;桥梁养护、维修与整治;
关键词
连续刚构桥; 矩阵型修正法; 动静载试验; 灵敏度;

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