基于静动载试验的池州长江公路大桥基准有限元模型研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shkarenwang
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对于大型重要桥梁来说,结构有限元模型是对其进行复杂响应分析、结构安全状态评估和长期健康监测的重要依据,因此建立一个准确和有效的基准有限元模型非常重要。大跨度混合梁斜拉桥基准有限元模型应该是经过现场静动载试验验证了的,能够精确、全面反映桥梁结构真实静动力学特性的完整空间有限元模型。本文以池州长江公路大桥—主跨828m的双塔非对称混合梁斜拉桥为工程背景,首先基于施工设计图纸建立了该桥初始有限元模型,然后根据现场静力试验和桥梁自振特性试验结果对初始有限元模型进行调整。校准后的模型静、动力计算结果与实测结果吻合良好,因此该有限元模型能够准确反映池州长江公路大桥在通车之前的状态,可以作为池州长江公路大桥结构安全状态评估和长期健康监测的基准有限元模型。论文的主要工作和结论如下:1.在通车之前对池州长江公路大桥进行了结构初始状态测量(桥面高程线形、成桥索力)和静力荷载试验,旨在充分了解桥梁结构在外荷载作用下的工作状态和承载能力,同时也是后续建立基准有限元模型的重要依据。2.对池州长江公路大桥进行自振特性试验,基于环境激励方法获取桥梁动力特性具有简单、方便、经济等诸多优点。采用峰值法、频域分解法和随机子空间法进行桥梁结构的模态参数识别,旨在相互校核验证,结果表明池州长江公路大桥基频为0.196Hz,振型为主梁一阶横弯,且主要模态频率集中分布在0~1Hz。3.明确了大跨度斜拉桥的初始平衡构型在有限元模型中实现方法,即以实测桥面高程线形为主要控制目标,成桥索力值为次要控制目标,对初始有限元模型进行调整。斜拉桥后续的各种静动力分析都应该始于该初始平衡构型。4.介绍了大跨度混合梁斜拉桥几何非线性在有限元中的实现。结果表明结构大位移效应对该桥梁结构的静动力分析结果影响较小,虽然线性的静动力分析足以满足实际工程需要,但由于斜拉索存在较大的初拉力,实际斜拉桥的静动力分析始终都是几何非线性分析的。5.本文建立的池州长江公路大跨度混合梁斜拉桥空间有限元模型在初始平衡构型基础上静动力分析,计算结果与通车前实桥现场静动载试验结果吻合较好。说明调整后的有限元模型是一个有效、准确的模型,可以作为池州长江公路大桥基准有限元模型,能够后续分析该桥在各类复杂荷载作用下的静动力响应,并为服役期间结构安全状态评估和健康监测提供指导。
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