大跨度三主钢桁梁铁路斜拉桥基准有限元模型研究

发布时间：2017-11-01 00:15

  本文关键词：大跨度三主钢桁梁铁路斜拉桥基准有限元模型研究

  更多相关文章： 铁路斜拉桥 基准有限元模型 动力特性 模态参数识别 敏感性分析

【摘要】：有限元模型是基于模型研究工作的基础,比如抗震抗风设计、模型修正与确认、结构损伤识别和健康监测等,因此一个精确的有限元模型非常重要。初始模型因理想化假定和简化很难反映结构的真实状态,因此有必要对初始模型进行验证和修正。本文以安庆铁路长江大桥—主跨580m三主桁梁四线高速铁路斜拉桥为工程背景,首先采用空间整体模型的建模策略建立了安庆铁路长江大桥的初始有限元模型,分析了结构固有频率对结构参数的敏感性。基于大桥成桥时的线形测试、索力测试和环境振动试验,对基于设计图纸建立的初始有限元模型进行调整,建立了安庆铁路长江大桥的基准有限元模型,给出了建立大跨度钢桁梁铁路斜拉桥基准有限元模型的方法和步骤。所建立的安庆铁路长江大桥的基准有限元模型,是分析该桥在各类复杂荷载作用下的静动力响应的基础,并为运营期间的检测维修,安全评估和健康监测提供指导。论文研究具有重要的理论意义和工程实用价值。论文的主要研究工作和结论包括：1.基于安庆铁路长江大桥设计图纸,给出了确定大跨度斜拉桥初始平衡构型的方法和步骤,即以实测桥面线形为主要目标和实测索力为次要目标相结合的方法。分析结果表明,该方法可以很好地确定斜拉桥的初始平衡构型。2.详细分析计算了安庆铁路长江大桥的固有频率对结构构件参数的敏感性,结果表明：构件的弹性模量和质量密度对结构固有频率都会对桥梁的固有频率都有影响,一阶竖弯频率对斜拉索的弹性模量较为敏感,一阶侧弯频率和一阶扭转频率对主桁架的弹性模量较为敏感。3.实测了安庆铁路长江大桥成桥初始线形和索力,进行了实桥的环境振动试验,采用峰值法和随机子空间识别方法,分别识别出了大桥的模态参数。结果表明,两种独立的方法识别出的模态参数吻合良好,环境振动试验能够识别出大跨度斜拉桥的模态参数。4.详细探讨了大跨度三主钢桁梁斜拉桥有限元建模中的几个问题,包括初始平衡构型、斜拉索的垂度效应、恒载几何非线性以及正交异性桥面板的简化模拟。分析结果表明,大变形效应对结构的静力分析影响较小,斜拉索的垂度效应对结构固有频率的影响较小,但是对结构静力分析影响较大,保留正交异性桥面板整体空间构型,可以较好的反映正交异性桥面板整体空间行为。5.空间整体建模策略和实测数据验证相结合的方法是建立大跨度斜拉桥基准有限元模型的一种有效的方法。该方法始于初始平衡构型,并基于敏感性分析结果,适当调整材料参数,使得有限元模型分析结果与实测结果尽可能地吻合。经调整后的有限元模型可以作为安庆铁路长江大桥的基准有限元模型,能够分析该桥在各类复杂荷载作用下的静动力响应,并为运营期间的检测维修,安全评估和健康监测提供指导。
【关键词】：铁路斜拉桥 基准有限元模型 动力特性 模态参数识别 敏感性分析
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441;U448.27
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-17
• 第一章 绪论17-24
• 1.1 课题研究背景与意义17-19
• 1.2 基准有限元建模的研究现状19-22
• 1.3 本文的主要工作与创新点22-24
• 第二章 安庆铁路长江大桥初始有限元建模24-37
• 2.1 引言24
• 2.2 安庆铁路长江大桥简介24-27
• 2.3 有限元模型中的单元介绍27-30
• 2.3.1 变截面梁单元27-28
• 2.3.2 等截面梁单元28
• 2.3.3 板壳单元28-29
• 2.3.4 杆单元29-30
• 2.3.5 质量单元30
• 2.4 初始有限元模型建立30-34
• 2.4.1 结构各部分模拟30-31
• 2.4.2 边界条件模拟31-32
• 2.4.3 材料参数与荷载32
• 2.4.4 初始有限元模型32-34
• 2.5 初始动力特性34-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 安庆铁路长江大桥固有频率的敏感性分析37-48
• 3.1 引言37-38
• 3.2 敏感性分析步骤与结构参数38-39
• 3.2.1 分析步骤38
• 3.2.2 结构参数38-39
• 3.3 固有频率的敏感性分析39-46
• 3.3.1 主桁架的弹模与质量密度39-40
• 3.3.2 纵向连接系的弹模与质量密度40-41
• 3.3.3 横向连接系的弹模与质量密度41-42
• 3.3.4 桥面板的弹模与质量密度及厚度42-43
• 3.3.5 横梁的弹模与质量密度43-44
• 3.3.6 斜拉索的弹模与质量密度44-45
• 3.3.7 桥塔的弹模与质量密度45-46
• 3.4 本章小结46-48
• 第四章 安庆铁路长江大桥静动力测试与模态参数识别48-62
• 4.1 引言48
• 4.2 静力测试48-52
• 4.2.1 桥面线形测试48-50
• 4.2.2 索力测试50-52
• 4.3 场环境振动试验52-54
• 4.3.1 测点布置52-53
• 4.3.2 现场测试介绍53-54
• 4.4 模态参数识别54-60
• 4.4.1 实测响应信号预处理55-56
• 4.4.2 峰值法与随机子空间法的识别结果56-58
• 4.4.3 安庆铁路长江大桥基准动力特性58-60
• 4.5 本章小结60-62
• 第五章 安庆铁路长江大桥基准有限元模型62-76
• 5.1 引言62
• 5.2 有限元建模中的几个问题探讨62-70
• 5.2.1 初始平衡构型62-65
• 5.2.2 几何非线性65-68
• 5.2.3 正交异性桥面板的简化模拟68-70
• 5.3 有限元模型验证70-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 结论与展望76-78
• 6.1 本文的主要工作及结论76-77
• 6.2 后续工作展望77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间的主要成果82

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本文编号：1124402