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大跨钢桁架悬索桥有限元模型实用修正方法

韩万水 王涛 李永庆 李彦伟 黄平明

韩万水, 王涛, 李永庆, 李彦伟, 黄平明. 大跨钢桁架悬索桥有限元模型实用修正方法[J]. 交通运输工程学报, 2011, 11(5): 18-27. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2011.05.004
引用本文: 韩万水, 王涛, 李永庆, 李彦伟, 黄平明. 大跨钢桁架悬索桥有限元模型实用修正方法[J]. 交通运输工程学报, 2011, 11(5): 18-27. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2011.05.004
HAN Wan-shui, WANG Tao, LI Yong-qing, LI Yan-wei, HUANG Ping-ming. Practical updating method of finite element model for long-span steel truss suspension bridge[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2011, 11(5): 18-27. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2011.05.004
Citation: HAN Wan-shui, WANG Tao, LI Yong-qing, LI Yan-wei, HUANG Ping-ming. Practical updating method of finite element model for long-span steel truss suspension bridge[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2011, 11(5): 18-27. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2011.05.004

大跨钢桁架悬索桥有限元模型实用修正方法

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2011.05.004
基金项目: 

国家自然科学基金项目 50808018

中央高校基本科研业务费专项资金项目 CHD2010JC30

长安大学基础研究支持计划专项基金项目 09Q08

详细信息
    作者简介:

    韩万水(1977-), 男, 河南开封人, 长安大学副教授, 工学博士, 从事风、地震、随机车流与桥梁交互动力研究

  • 中图分类号: U448.25

Practical updating method of finite element model for long-span steel truss suspension bridge

More Information
    Author Bio:

    HAN Wan-shui (1977-), male, associate professor, PhD, +86-29-82336336, hws-freedom@163.com

  • 摘要: 以沪蓉国道四渡河深切峡谷特大钢桁架悬索桥为工程背景, 综合考虑悬索桥结构非线性与重力刚度因素影响, 采用ANSYS的APDL语言编写桥梁模型修正优化程序, 实现了有限元分析和模型修正的同步计算。通过对比不同的优化算法、不同的目标函数与不同的约束条件对模型修正效果的影响程度, 并结合实测吊杆力数据和考虑伸缩缝刚度参数影响, 提出了一种全面反映悬索桥结构特性的桥梁有限元模型实用修正方法。采用频率残差目标函数, 将频率、振型参数与其他静力信息作为约束条件, 进行了模型零阶优化计算。计算结果表明: 修正后模型的结构静动力计算响应与实测响应之间的误差明显减小, 各测点静力变形误差小于8%, 振动频率误差小于5%, 并且有限元模型的参数变化合理, 保证了参数本身的物理意义, 从而利用修正方法获得了四渡河特大桥的基准有限元模型。

     

  • 图  1  模型修正流程

    Figure  1.  Updating flow of model

    图  2  四渡河特大桥

    Figure  2.  Super long-span bridge over Sidu River

    图  3  静力工况车辆加载位置

    Figure  3.  Truck positions under static loading cases

    图  4  变形与模态测点布置

    Figure  4.  Positions of measurement points for deformations and modes

    图  5  初始有限元模型

    Figure  5.  Initial finite element model

    图  6  上游吊杆实测频率和索力

    Figure  6.  Measured frequencies and cable forces of upstream suspenders

    图  7  配对后一阶侧弯、扭转与竖弯振型对比

    Figure  7.  Comparison of first lateral bending, torsional and vertical bending vibration modes after paired

    图  8  参数灵敏度

    Figure  8.  Parameter sensibilities

    图  9  采用不同计算方法的频率误差与修正参数变化率对比

    Figure  9.  Comparison of frequency errors and change rates ofcorrect parameters with different computation methods

    图  10  目标函数对比

    Figure  10.  Comparison of objective functions

    图  11  采用不同目标函数的频率误差与修正参数变化率对比

    Figure  11.  Comparison of frequency errors and change rates of correct parameters with different objective functions

    图  12  优化迭代过程中参数的变化

    Figure  12.  Variations of parameters in optimization and iteration process

    图  13  优化振型和测试振型的比较

    Figure  13.  Comparison of optimization vibration modes and test vibration modes

    表  1  修正前后动力特性比较

    Table  1.   Comparison of dynamic properties before and after updating

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    表  2  修正前后静力特性的比较

    Table  2.   Comparison of static properties before and after updating

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    表  3  有限元模型参数修正前后的比较

    Table  3.   Comparison of finite element model parameters before and after updating

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  • 收稿日期:  2011-07-12
  • 刊出日期:  2011-10-25

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