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大跨钢桥桥面铺装有限元分析合理简化模型

邓强民 倪富健 顾兴宇 陈荣生

邓强民, 倪富健, 顾兴宇, 陈荣生. 大跨钢桥桥面铺装有限元分析合理简化模型[J]. 交通运输工程学报, 2008, 8(2): 53-58.
引用本文: 邓强民, 倪富健, 顾兴宇, 陈荣生. 大跨钢桥桥面铺装有限元分析合理简化模型[J]. 交通运输工程学报, 2008, 8(2): 53-58.
DENG Qiang-min, NI Fu-jian, GU Xing-yu, CHEN Rong-sheng. Rational simplified model of finite element analysis for deck pavement of long-span steel bridge[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2008, 8(2): 53-58.
Citation: DENG Qiang-min, NI Fu-jian, GU Xing-yu, CHEN Rong-sheng. Rational simplified model of finite element analysis for deck pavement of long-span steel bridge[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2008, 8(2): 53-58.

大跨钢桥桥面铺装有限元分析合理简化模型

基金项目: 

国家西部交通建设科技项目 200231800030

详细信息
    作者简介:

    邓强民(1979-), 男, 湖南益阳人, 东南大学博士研究生, 从事大跨钢桥桥面铺装结构研究

    倪富健(1968-), 男, 江苏南通人, 东南大学教授, 博士

  • 中图分类号: U443.33

Rational simplified model of finite element analysis for deck pavement of long-span steel bridge

More Information
  • 摘要: 为了提高大跨钢桥桥面铺装有限元分析简化模型的计算精度, 运用有限元正交数值模拟试验对模型参数进行了敏感性分析, 利用子模型技术和综合评价方法对模型几何尺寸与边界约束条件进行了优化。发现大跨钢桥桥面铺装有限元分析简化模型合理的几何尺寸与边界条件为: 纵向为3跨, 横向有8个U肋, 横隔板高度为1.2m, 纵边自由, 横边简支, 横隔板底固结。对比分析结果表明: 该简化模型具有较高的计算精度, 横向拉应变误差仅为0.7%, 纵向拉应变误差为3.7%。

     

  • 图  1  简化模型

    Figure  1.  Simplified model

    图  2  完整钢箱梁模型

    Figure  2.  Model of full steel box girder

    图  3  横向拉应变云图

    Figure  3.  Transverse tensile strain nephogram

    图  4  单项指标误差与参数水平关系

    Figure  4.  Relation between parameter level and single index error

    图  5  模型综合误差与参数水平关系

    Figure  5.  Relation between parameter level and model comprehensive error

    表  1  几何尺寸

    Table  1.   Geometry dimension mm

    箱梁宽 38 700 横隔板板厚 10
    箱梁高 3 000 横隔板间距 3 220
    顶板板厚 14 底板板厚 12
    顶板U形加劲肋 上口宽 300 底板U形加劲肋 上口宽 400
    下口宽 170 下口宽 250
    280 250
    间距 600 间距 900
    板厚 6 板厚 6
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    表  2  敏感性分析因素水平

    Table  2.   Factor levels of sensitivity analysis

    水平 因素
    N M H/m L T B
    1 6 5 1.0 自由 固结 自由
    2 10 3 1.6 固结 自由 固结
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    表  3  敏感性分析因素排序

    Table  3.   Factors arrangement of sensitivity analysis

    因素 N M NM L NL H T B MT LT HB
    列号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
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    表  4  敏感性分析结果

    Table  4.   Results of sensitivity analysis

    试验号 N M NM L NL H T B MT LT HB 横向拉应变/10-6 纵向拉应变/10-6 层间剪应力/MPa
    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
    1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 529.4 216.6 0.540
    2 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 498.8 268.4 0.540
    3 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 478.8 259.7 0.540
    4 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 474.8 302.6 0.539
    5 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 498.2 252.6 0.539
    6 1 2 2 1 1 2 2 2 2 1 1 2 2 1 1 499.9 291.6 0.540
    7 1 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 476.4 242.9 0.540
    8 1 2 2 2 2 1 1 2 2 1 1 1 1 2 2 484.6 262.5 0.539
    9 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 484.1 248.7 0.540
    10 2 1 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 1 2 1 481.3 256.2 0.539
    11 2 1 2 2 1 2 1 1 2 1 2 2 1 2 1 479.5 271.8 0.539
    12 2 1 2 2 1 2 1 2 1 2 1 1 2 1 2 479.8 259.1 0.540
    13 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 485.5 285.8 0.540
    14 2 2 1 1 2 2 1 2 1 1 2 2 1 1 2 477.6 251.3 0.539
    15 2 2 1 2 1 1 2 1 2 2 1 2 1 1 2 478.3 261.6 0.539
    16 2 2 1 2 1 1 2 2 1 1 2 1 2 2 1 486.1 244.4 0.539
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    表  5  极差分析结果

    Table  5.   Results of range analysis

    因素 N M H L T B NL MT HB NM LT
    横向拉应变/10-6 11.1 2.5 5.6 14.6 3.4 2.8 13.3 5.8 4.1 3.2 6.5
    纵向拉应变/10-6 2.3 1.2 21.7 4.2 12.1 26.3 5.4 10.3 6.0 0.6 3.9
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    表  6  方差分析结果

    Table  6.   Results of variance analysis

    横向拉应变 方差来源 N M H L T B NL MT HB NM LT 误差
    平方和 494.0 25.0 126.0 849.0 46.3 30.3 712.0 137.0 66.9 40.1 169.0 184.0
    自由度 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4
    均方和 494.0 25.0 126.0 849.0 46.3 30.3 712.0 137.0 66.9 40.1 169.0 46.0
    F 10.80 0.54 2.74 18.50 1.01 0.66 15.50 2.98 1.46 0.87 3.67
    显著性 显著 显著 显著
    F0.05(1, 4)=7.71 F0.01(1, 4)=21.2
    纵向拉应变 方差来源 N M H L T B NL MT HB NM LT 误差
    平方和 20.3 5.8 1 877.0 69.9 581.0 2 763.0 118.0 426.0 143.0 1.5 61.2 310.0
    自由度 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4
    均方和 20.3 5.8 1 877.0 69.9 581.0 2 763.0 118.0 426.0 143.0 1.5 61.2 77.5
    F 0.26 0.07 24.20 0.90 7.50 35.60 1.52 5.49 1.85 0.02 0.79
    显著性 极显著 极显著
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    表  7  模型参数优化因素水平

    Table  7.   Factor levels of model parameters optimization

    水平 因素
    H/m N L T B
    1 0.8 6 自由 固结 自由
    2 1.0 8 简支 简支 简支
    3 1.2 10 固结 自由 固结
    4 1.4
    5 1.6
    6 1.8
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    表  8  模型参数优化结果

    Table  8.   Optimization results of model parameters

    试验号 H N T B L 原始计算结果 修正计算结果 单项指标误差/% 模型综合误差/%
    1 2 3 4 5 6 7 ex, i/10-6 ey, i/10-6 τi/MPa ex, i/10-6 ey, i/10-6 xi yi 一次方权系数 二次方权系数
    1 1 1 3 2 2 1 2 493.1 298.1 0.539 499.0 301.7 3.2 9.5 5.4 4.6
    2 1 2 1 1 1 2 1 524.3 305.1 0.540 530.6 308.8 2.9 12.1 6.1 5.0
    3 1 3 2 3 3 3 3 495.8 314.3 0.540 501.8 318.1 2.7 15.5 7.1 5.5
    4 2 1 2 1 2 3 1 502.7 294.0 0.539 508.8 297.5 1.3 8.0 3.6 2.8
    5 2 2 3 3 1 1 3 480.1 225.1 0.540 485.9 227.8 5.7 17.3 9.8 8.3
    6 2 3 1 2 3 2 2 489.5 294.3 0.540 495.4 297.8 3.9 8.1 5.4 4.8
    7 3 1 1 3 1 3 2 488.1 239.7 0.540 494.0 242.6 4.2 11.9 6.9 5.9
    8 3 2 2 2 3 1 1 505.9 262.2 0.539 512.0 265.4 0.7 3.7 1.7 1.3
    9 3 3 3 1 2 2 3 473.8 280.7 0.540 479.5 284.1 7.0 3.1 5.6 6.1
    10 4 1 1 1 3 1 3 479.1 294.4 0.539 484.9 297.9 5.9 8.1 6.7 6.4
    11 4 2 2 3 2 2 2 485.9 296.7 0.539 491.8 300.3 4.6 9.0 6.1 5.6
    12 4 3 3 2 1 3 1 501.0 250.8 0.540 507.0 253.8 1.7 7.9 3.8 3.0
    13 5 1 3 3 3 2 1 500.4 303.3 0.540 506.4 307.0 1.8 11.4 5.1 3.9
    14 5 2 1 2 2 3 3 483.9 236.9 0.540 489.7 239.8 5.0 13.0 7.8 6.8
    15 5 3 2 1 1 1 2 496.5 307.0 0.540 502.5 310.7 2.5 12.8 6.1 4.8
    16 6 1 2 2 1 2 3 494.9 315.9 0.540 500.9 319.7 2.8 16.0 7.4 5.8
    17 6 2 3 1 3 3 2 488.3 303.0 0.539 494.2 306.6 4.1 11.3 6.6 5.7
    18 6 3 1 3 2 1 1 498.2 307.6 0.539 504.2 311.3 2.2 13.0 6.0 4.6
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  • 收稿日期:  2007-08-14
  • 刊出日期:  2008-04-25

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