基于模型修正的混凝土连续梁桥运营安全性能评估的试验研究

发布时间：2017-04-17 09:17

  本文关键词：基于模型修正的混凝土连续梁桥运营安全性能评估的试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：桥梁是交通线路的咽喉要道,关系到国民经济的发展,因此桥梁的运营安全性能是极其关键的。目前,先简支后连续预应力混凝土连续梁桥因具有施工工艺简洁、技术成熟、施工工期短、结构整体性好等优点而广泛应用于我国高速公路与城市道路。为了充分确保既有桥梁能够安全的运行,必须对其真实工作的技术状况作出科学合理的评估。有限元模型修正方法能够弥补桥梁结构静动载试验的不足,修正后的模型能够更好地反映桥梁整体的实际工作状态以及局部构件的受力情况。基于此,本文提出了一种基于模型修正的混凝土连续梁桥承载能力评估的方法。本文以山西境内得胜口至大同的某高速公路上的一座高架桥为工程背景,联合静、动载试验数据进行桥梁结构的有限元模型修正,利用修正后的有限元模型对其实际运营安全性能以及在标准荷载作用下的强度安全储备进行了评估。本文的主要研究工作如下:1、对桥梁进行了现场静、动载试验,得到了各个测点处的挠度值、应变值与桥梁结构竖向前六阶自振频率。基于设计图纸建立了1联7跨的预应力混凝土装配式连续箱梁桥的壳单元模型与梁格模型。论证了梁格模型合理的网格划分形式以及等效刚度模拟方法。2、在运用动静载模型修正方法的前提下,采用动态加权系数,基于参数灵敏度分析的方法,选取灵敏度高的参数作为模型修正的设计变量,以实桥结构静载试验测试的各个控制截面的竖向挠度与动力试验获得的竖向前六阶自振频率分别作为静、动力目标函数的状态变量,而后联合动、静力目标函数构造联合目标函数,对基于桥梁设计资料建构的梁格初始有限元模型进行模型修正。而后按照与桥梁静载试验相同的车辆荷载和布载方式,采用数值加载的方法对修正后的有限元模型进行加载模拟,计算出各个测试截面处的应变值、挠度值,并与现场桥梁静载试验数据进行比较,计算出两者之间的相对误差,再结合设计变量与状态变量的数值,综合验证模型修正的效果。3、以修正后的桥梁有限元模型为基准模型,采用与试验时汽车荷载相同的荷载等级与布载方式进行数值模拟,计算出该桥梁测点处的挠度、应变,并与实测数据比较,并提出了基于模型修正的等代校验系数的基本概念,通过试验验证了采用基于模型修正的等代校验系数评估既有预应力混凝土桥梁运营安全性能的有效性和精度。4、以修正后的桥梁有限元模型为基准有限元模型,采用桥梁设计时的汽车荷载等级,并运用数值加载的方法,对其进行加载计算,计算出桥梁实际结构的承载能力系数,而后采用桥梁实际结构的承载能力系数定量地分析既有桥梁结构在当前外荷载作用下的强度安全储备,评估结构的剩余承载力。
【关键词】：有限元模型修正 混凝土连续梁桥 实桥荷载试验 等代校验系数 承载力评估
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U447
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-27
• 1.1 研究的背景与意义13-14
• 1.2 有限元模型修正的研究现状14-17
• 1.2.1 有限元模型修正的概念14
• 1.2.2 有限元模型修正的研究现状14-16
• 1.2.3 有限元模型修正存在的问题16-17
• 1.3 桥梁承载能力评估的意义、方法与研究现状17-22
• 1.3.1 桥梁承载能力评估的意义17-18
• 1.3.2 桥梁承载能力评估的方法18-21
• 1.3.3 桥梁承载能力评估方法的研究现状21-22
• 1.4 基于有限元模型修正的桥梁承载能力评估22-23
• 1.5 基于有限元模型修正的桥梁承载能力评估存在的问题23-24
• 1.6 本文选题的来源和研究内容24-27
• 1.6.1 课题来源24
• 1.6.2 本文主要研究内容24-27
• 第二章 预应力混凝土连续箱梁桥的动静载试验27-41
• 2.1 引言27
• 2.2 试验桥梁结构概况27-29
• 2.3 预应力混凝土连续箱梁桥静载试验方案29-37
• 2.3.1 静载试验目的与试验内容29-30
• 2.3.2 加载装置与测试仪器30-31
• 2.3.3 静载试验测点布置31-32
• 2.3.4 试验荷载设计及加载程序32-36
• 2.3.5 静载试验36-37
• 2.4 预应力混凝土连续箱梁桥动载试验方案37-39
• 2.4.1 试验检测的主要仪器及测试方法37-38
• 2.4.2 测点布置38-39
• 2.4.3 动载试验结果39
• 2.5 本章小结39-41
• 第三章 有限元模型的建立与数值分析结果41-65
• 3.0 引言41
• 3.1 有限元基本原理41-42
• 3.2 预应力混凝土连续箱梁桥基于壳单元的初始有限元模型42-44
• 3.2.1 选用单元简介42
• 3.2.2 初始有限元模型的建立42-44
• 3.3 预应力混凝土连续箱梁桥基于梁格法的有限元模型44-51
• 3.3.1 梁格法的基本原理44-46
• 3.3.2 梁格网格划分46-49
• 3.3.3 梁格构件截面特性49-50
• 3.3.4 选用单元的简介50
• 3.3.5 梁格模型的建立50-51
• 3.4 两类初始有限元模型的静动力特性的比较51-60
• 3.4.1 动力特性的比较51-55
• 3.4.2 静力特性的对比55-60
• 3.5 动静载试验结果与初始有限元模型计算结果的比较60-63
• 3.5.1 动载试验自振频率与初始有限元模型计算结果的对比60-61
• 3.5.2 静载试验挠度和应变与初始有限元模型计算结果的对比61-63
• 3.6 本章小结63-65
• 第四章 预应力混凝土连续箱梁桥的有限元模型修正及试验验证65-85
• 4.1 引言65-66
• 4.2 有限元模型修正的过程66-67
• 4.3 初始有限元模型的建立67
• 4.4 设计变量、状态变量的选定以及目标函数构造67-72
• 4.4.1 设计变量的选定67-69
• 4.4.2 选取状态变量69-70
• 4.4.3 构造目标函数70-72
• 4.5 设计变量的灵敏度分析72-74
• 4.6 有限元模型修正及其修正结果74-81
• 4.6.1 修正后的设计参数74-75
• 4.6.2 修正后的有限元模型计算结果与实测值的对比分析75-81
• 4.7 静载试验下的模型修正精度的验证81-84
• 4.8 本章小结84-85
• 第五章 配筋混凝土连续箱梁桥承载力评估85-111
• 5.1 引言85-86
• 5.2 桥规关于校验系数的定义及其取值86-90
• 5.2.1 桥规关于校验系数的定义86-87
• 5.2.2 桥规关于校验系数的取值87-88
• 5.2.3 影响校验系数的因素88-90
• 5.3 基于结构模型修正的等代校验系数的提出90-97
• 5.3.1 等代校验系数的定义及意义90-91
• 5.3.2 配筋混凝土连续箱梁桥等代校验系数与初始校验系数的比较91-97
• 5.4 桥梁承载能力系数97-107
• 5.4.1 桥梁承载能力系数的定义与意义97-99
• 5.4.2 配筋混凝土连续梁桥的承载能力系数的计算99-102
• 5.4.3 结构在恒载作用下的效应计算102-103
• 5.4.4 结构在活载作用下的效应计算103-104
• 5.4.5 连续箱梁桥各个控制断面的承载能力系数104-105
• 5.4.6 车辆超载作用下桥梁承载能力安全储备的预测105-107
• 5.5 本章小结107-111
• 第六章 结论与展望111-115
• 6.1 结论111-113
• 6.2 展望113-115
• 参考文献115-121
• 致谢121-123
• 攻读学位期间发表的学术论文123

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