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1、基于應變殘差的裝配式簡支梁橋有限元模型修正朱張峰，郭正興41基于應變殘差的裝配式簡支梁橋有限元模型修正朱張峰，郭正興(東南大學土木工程學院，江蘇南京210096)摘要：探討了基于結(jié)構(gòu)受力響應敏感點的應變殘差的裝配式簡支梁橋有限元模型修正技術(shù)。由靈敏度分析確定結(jié)構(gòu)優(yōu)化變量，通過敏感點有限元計算應變與實測應變獲得應變殘差即應變比能殘差總和，并表示成優(yōu)化變量的函數(shù)，以殘差為零為優(yōu)化逼近目標，結(jié)合零階及一階優(yōu)化方法進行模型修正計算。以一座5片箱梁組成的裝配式簡支梁橋為研究對象，將實橋應變測試值與優(yōu)化后值進行對
2、比，證明該方法在保證分析效率的同時，可獲得較真實的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，可為結(jié)構(gòu)加固、改造提供依據(jù)。關鍵詞：裝配式簡支梁橋；靈敏度分析；應變殘差；模型修正中圖分類號：U448．218文獻標志碼：A文章編號：1671—7767(2011)03—0041—041前言～E5以及橋面板彈性模量E6。⑤截面參數(shù)。包括裝配式簡支梁橋由于結(jié)構(gòu)型式簡單以及制作、5片梁的截面強軸剛度I～j、弱軸剛度J～安裝、施工方便，在我國中、小跨徑橋梁中應用廣泛。f、扭轉(zhuǎn)剛度J1～5以及橋面板厚度L。目前大量舊橋進入了檢測、維修、加固階段，其中
3、包由于該橋?qū)嶋H結(jié)構(gòu)為5片箱梁，每片梁都取相含大量裝配式簡支梁橋。傳統(tǒng)的靜、動載試驗只能關參數(shù)作為初始變量，同時，考慮到某些參數(shù)之間的從宏觀上把握橋梁的工作狀態(tài)和承載能力，因此，有耦合關系，如彈性模量E和剛度j，再經(jīng)過靈敏度分必要探討新的技術(shù)以獲得裝配式簡支梁橋的真實結(jié)析，最終確定梁端轉(zhuǎn)動約束剛度K2、主梁抗彎性能構(gòu)狀態(tài)，為結(jié)構(gòu)性能評定提供科學依據(jù)。指標E1、橋面板彈性模量E6、橋面板厚度T6幾類許多學者在結(jié)構(gòu)性能評定方面做了很多工優(yōu)化變量，為更精確地判斷結(jié)構(gòu)各部分的情況，5片作，文獻[7]指出基于結(jié)構(gòu)
4、響應敏感點的模型參梁按三分點劃分為3段分別考慮各段梁的抗彎性能數(shù)化具有較高效率，而目前應變測試方法大量采用，指標參數(shù)。應變結(jié)果容易獲得且精度得到普遍承認，因此本文基于實用角度考慮并從結(jié)構(gòu)受力敏感點應變出發(fā)，3優(yōu)化目標函數(shù)的確定及優(yōu)化方法探討了一種適合于裝配式簡支梁橋的基于應變殘差Sanayei及Saletnik[8曾以測取的結(jié)構(gòu)位移的有限元模型修正技術(shù)。(／g變)反應與相應模型分析結(jié)果的差值建立優(yōu)化目以一座5片箱梁組成的簡支梁橋為研究對象，標函數(shù)，最后采用最小二乘法優(yōu)化求解待識別參數(shù)選取結(jié)構(gòu)受力響應敏
5、感部位即各片主梁跨中頂、底的修正量。本文經(jīng)過調(diào)整，綜合考慮應變結(jié)果和彈板的應變?yōu)榉治龌玖?。性模量，以裝配式簡支梁橋結(jié)構(gòu)受力響應敏感點的應變殘差即應變比能總和一致逼近為原則建立目標2優(yōu)化變量的確定函數(shù)，采用的優(yōu)化目標函數(shù)用公式表示為：對于簡支梁橋，初始優(yōu)化變量確定為以下幾種：∑∑E(e一￡)o∑∑E￡．元一∑∑E￡0JlJiJi①橋跨長度及支座安裝誤差。通過有限元模型靠支式中，i為結(jié)構(gòu)應變測點；為測試工況。座處單元長度變化△L來模擬。②橋面板連續(xù)以及為提高優(yōu)化速率和逼近效率，本文綜合運用了支座剛度。通
6、過對簡支梁端部用一定豎向剛度的彈ANSYS優(yōu)化模塊／OPT自帶的零階及一階優(yōu)化算簧約束K1和一定轉(zhuǎn)動剛度的彈簧約束K2來模法。綜合運用隨機搜索法和一階優(yōu)化方法，既能避擬，并代替理想的簡支邊界條件。③多片梁橫向分免局部最優(yōu)解的發(fā)生，又能節(jié)約計算時間、提高效率布。通過有限元模型中橋面板的彈性模量E6及厚和精度。度來模擬。④材料參數(shù)。5片梁的彈性模量E1收稿日期：201o一07—20作者簡介：朱張峰(1985-)，男，博士研究生，2006年畢業(yè)于南京理工大學土木工程專業(yè)，工學學士(E—mail：seuzz{
7、@126．com)。42世界橋梁2011年第3期4工程實例4．1橋梁概況及數(shù)據(jù)采集某沿海高速公路5號橋引橋為預應力混凝土等截面箱梁橋，主梁結(jié)構(gòu)由5片箱梁橫向裝配而成，橋跨長25m，橋面寬35In，橋梁實景如圖1所示。圖4有限元模型根據(jù)圖3所示加載示意圖，分2種工況對有限元模型進行加載。其中，以1組等效集中力模擬實際車輛荷載；同時，鑒于加載時車輛移動速度較慢，為簡化計算，各加載工況以一系列靜荷載子工況等效，經(jīng)過優(yōu)化，確定為沿順橋向每隔2m進行一次加載，考慮車輛自身長度，每個工況將包含15個子工況。4．3
8、模型優(yōu)化及逼近效果圖1橋梁買景綜合運用了ANSYS優(yōu)化模塊／OPT自帶的零本文優(yōu)化僅針對橋梁跨中各箱梁截面頂(底)板階及一階優(yōu)化算法對模型進行優(yōu)化，在設置了100應變，應變計布置示意如圖2所示。共布置了16個步零階優(yōu)化和2O步一階優(yōu)化后，目標函數(shù)幾乎沒有應變計，其中6656號、6726號、6645號、6648號、變動，到達最優(yōu)解。各變量優(yōu)化結(jié)果見表1，其中支6720號、6624號應變計發(fā)生故障，但是未壞的應變座轉(zhuǎn)動約束剛度取理想簡支和固支2種邊界條件為計
