波形钢腹板PC组合箱梁桥空间网格法模型及模型修正的试验研究

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波形钢腹板PC组合箱梁桥作为一种新型钢-混凝土组合结构,有效克服了传统预应力混凝土箱梁的若干缺陷,以其独特的优势得到推广应用。针对波形钢腹板PC组合箱梁结构分析所采用的空间杆系模型、平面梁格模型和实体单元模型在实际应用中均不同程度地存在着某种不适应性。近年来,一种实用精细化的模型——空间网格模型被引入到波形钢腹板PC组合箱梁的结构分析中。但当前的研究现状表明,空间网格模型应用于实桥结构力学行为分析的研究成果还比较少。因此,开展空间网格模型在组合箱梁桥工程应用上的研究具有显著工程意义。本文以太原市某高架桥一联波形钢腹板PC组合箱梁桥作为研究对象,开展了空间网格模型应用于组合箱梁结构力学分析的试验研究,探讨采用腹板整体划分方式的空间网格分析方法建构实体结构有限元模型的精确性,研究针对依据设计图纸建立的空间网格模型进行参数修正,提高模型数值分析精确性的有效方法。上述研究具有一定的工程应用价值。本文的主要研究内容如下:1、阐述了当前关于波形钢腹板PC组合箱梁桥结构分析方法和模型修正方法的研究和应用现状,提出本论文的研究目标。2、选取一座波形钢腹板PC组合箱梁桥进行荷载试验,获得关于结构静动载响应的若干实测数据作为后续开展空间网格模型研究的试验依据。3、依据上述波形钢腹板PC组合箱梁桥的设计资料,针对组合箱梁的结构特点,基于ANSYS软件平台,采用腹板整体划分方式,建构了波形钢腹板PC组合箱梁桥的空间网格模型。其中,针对波形钢腹板、钢-混凝土结合段,依据板壳理论通过刚度等效原则换算得到其等效的空间网格单元。4、采用实桥荷载试验的加载工况加载,开展了组合箱梁桥空间网格模型在静载作用下的数值模拟分析和自由振动下的结构动力性能的数值分析,与实桥试验数据对比,模型计算的前三阶竖向自振频率值的相对误差最大为15.46%,模型计算的挠度值的相对误差最大为14.2%。5、鉴于所建立的组合箱梁空间网格模型与试验数据存在一定程度的偏差,本文进一步开展了针对初始空间网格模型进行模型修正的试验研究。基于响应面法,以设计参数为自变量,利用竖向前三阶自振频率的计算值与实测值构造目标函数进行迭代优化,从而实现对空间网格模型的修正。而后按照静载试验加载工况对空间网格模型加载,对比挠度计算值与实测值,其相对误差降至10%以内。表明基于响应面法的空间网格模型修正方法可以用于实桥运营安全性能的有效评估中。
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