基于检测结果的桥梁有限元模型修正与承载力评定

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目前对桥梁结构开展基于有限元算法建立结构分析模型的应用越来越得到广泛认可,尤其是对结构复杂、跨径大、超静定次数多等无法进行解析计算的桥梁结构更多的采用了有限元建模分析来对桥梁进行先验计算。然而由于在建立有限元模型时对桥梁结构常常采用了很多等效简化并且在材料参数的选取、单元类型选取、边界条件模拟等多方面无法实现对结构的真实模拟,导致在相同受力条件下其计算结果与桥梁实际响应存在一定差别,因此建立一个能够精确反映桥梁结构实际特征的有限元计算模型是解决在役桥梁的健康监测、桥梁损伤识别以及精确静动力计算分析问题的关键所在。为了提高桥梁检测中对于桥梁健康状况评定的准确性,为桥梁的加固设计与长期健康监控提供依据,本文以基于静力的桥梁有限元模型修正理论为基础,利用MATLAB软件建立用于修正桥梁有限元模型参数的BP神经网络程序,通过第一阶段对桥梁有限元模型恒载的修正与第二阶段利用BP神经网络对桥梁有限元模型整体刚度的修正,达到提高桥梁有限元模型的精确度目的。本文在对桥梁有限元模型修正后基于桥梁的实测数据对桥梁修正的效果与桥梁模型的承载能力进行了对比评定。通过实测挠度值、修正前计算挠度值与修正后计算挠度值相关性分析可知,修正后桥梁有限元模型挠度计算值介于实测值与修正前桥梁有限元模型挠度计算值之间,模型修正后桥梁计算挠度值的相对差值从33%~14%下降到11%~4.7%;实测桥梁一阶固有频率为1.758 Hz,原桥模型一阶固有频率为2.135 Hz,修正后桥梁模型一阶固有频率为1.859 Hz,频率误差为从21.44%下降为5.75%,小于一般要求的10%,以上数据表明桥梁有限元模型修正正确。利用MIDAS CIVIL对修正后桥梁有限元模型的结构极限承载能力、抗裂性以及桥梁整体刚度进行验算:成桥状态时全桥主梁上下缘具备足够的压应力储备;正常使用极限状态下主梁各控制截面均未超出全预应力混凝土构件规范要求的允许值(拉应力允许值为OMPa),主梁最大压应力为9.2MPa小于规范允许值(17.5MPa),主梁控制截面最小压应力储备为4.0MPa满足规范要求;正常使用极限状态下箱梁腹板截面最大主拉应力为1.4MPa小于规范允许值(2.4MPa),最大主压应力为6.9MPa小于规范允许值(21MPa);桥梁上部结构在车辆荷载作用下主跨最大位移与最小位移之和为0.02m,小于主跨允许值L/600=0.075m,主梁变形满足规范要求;通过对该桥在承载能力极限状态下的计算分析表明抗弯承载力安全储备系数为1.14~2.23,抗剪承载力安全储备系数为1.14~1.19,满足规范要求;以上数据表明修正后桥梁有限元模型承载力满足设计及规范要求。综上结果表明桥梁有限元模型修正正确,模型承载力验算达到设计及规范要求。本文使用的桥梁有限元修正方法简单可靠,计算效率高,易于在工程实践中实现,为桥梁有限元模型修正在工程实践上的应用提供参考。
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