橋梁結(jié)構(gòu)動力有限元模型修正方法的研究與應(yīng)用.pdf

1、建立精確的基準(zhǔn)有限元模型是橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中安全評定模塊的重要內(nèi)容。通過有限元模型修正，以試驗得到的結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)為基準(zhǔn)來修改有限元模型的剛度、質(zhì)量矩陣，可以在一定程度上減小有限元模型和實際結(jié)構(gòu)之間由于施工中誤差、材料參數(shù)的不確定性、邊界條件的不恰當(dāng)模擬或簡化以及有限元模型固有的離散誤差等原因造成的差別。目前學(xué)者們提出了很多模型修正方法，本文針對其中三種主要的方法在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用展開研究，分析并對比各方法的特點、優(yōu)勢和劣勢，并對一座

2、實際大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模型修正，本文主要研究內(nèi)容包括：
　　1)針對基于經(jīng)典優(yōu)化方法的模型修正，提出了基于響應(yīng)面模型的改進(jìn)可行方向法和序列二次規(guī)劃法相結(jié)合的兩步優(yōu)化策略，并介紹了相關(guān)的優(yōu)化理論；針對基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型修正，介紹了徑向基網(wǎng)絡(luò)在模型修正中應(yīng)用的原理，討論了訓(xùn)練樣本的生成和規(guī)格化，以及在Matlab中建立RBF網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)選等問題；針對基于遺傳算法的模型修正，介紹了多島遺傳算法的原理，討論了編碼位串長度確定、遺傳算

3、子控制參數(shù)選擇等問題。
　　2)利用ANSYS10.0的參數(shù)化設(shè)計語言(APDL)建立了一座剛構(gòu)－連續(xù)梁橋參數(shù)化有限元模型，用于模型修正方法的檢驗，并討論了基于靈敏度分析的參數(shù)優(yōu)選、目標(biāo)函數(shù)選擇等問題。確定了待修正參數(shù)，并設(shè)計了七種計算工況，通過三級評價標(biāo)準(zhǔn)來綜合評價模型修正方法的特點。
　　3)通過對剛構(gòu)－連續(xù)梁橋模型的修正計算，分別得到了三種修正方法在七種工況下的修正結(jié)果，分析了各方法在不同模態(tài)信息量、不同參數(shù)選取情況和

4、不同的噪聲水平下的特點，并通過三種方法之間的橫向?qū)Ρ?，總結(jié)了不同情況下各方法之間相互的優(yōu)勢和劣勢，以期作為實際應(yīng)用中的參考。
　　4)采用模態(tài)子結(jié)構(gòu)方法分步對濱州黃河公路斜拉橋進(jìn)行了模型修正：首先通過對整橋的模態(tài)分析，提取了中塔模態(tài)子結(jié)構(gòu)，采用序列二次規(guī)劃法對中塔子結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正，然后采用多島遺傳算法對橋面系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修正，得到了更加接近真實結(jié)構(gòu)的有限元模型，并通過分析認(rèn)為扭轉(zhuǎn)模態(tài)和高階模態(tài)識別精度低可能是導(dǎo)致某些模態(tài)頻率誤差修正效