基于应变残差的装配式简支梁桥有限元模型修正

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1、基于应变残差的装配式简支梁桥有限元模型修正朱张峰，郭正兴41基于应变残差的装配式简支梁桥有限元模型修正朱张峰，郭正兴(东南大学土木工程学院，江苏南京210096)摘要：探讨了基于结构受力响应敏感点的应变残差的装配式简支梁桥有限元模型修正技术。由灵敏度分析确定结构优化变量，通过敏感点有限元计算应变与实测应变获得应变残差即应变比能残差总和，并表示成优化变量的函数，以残差为零为优化逼近目标，结合零阶及一阶优化方法进行模型修正计算。以一座5片箱梁组成的装配式简支梁桥为研究对象，将实桥应变测试值与优化后值进行对

2、比，证明该方法在保证分析效率的同时，可获得较真实的结构状态，可为结构加固、改造提供依据。关键词：装配式简支梁桥；灵敏度分析；应变残差；模型修正中图分类号：U448．218文献标志码：A文章编号：1671—7767(2011)03—0041—041前言～E5以及桥面板弹性模量E6。⑤截面参数。包括装配式简支梁桥由于结构型式简单以及制作、5片梁的截面强轴刚度I～j、弱轴刚度J～安装、施工方便，在我国中、小跨径桥梁中应用广泛。f、扭转刚度J1～5以及桥面板厚度L。目前大量旧桥进入了检测、维修、加固阶段，其中

3、包由于该桥实际结构为5片箱梁，每片梁都取相含大量装配式简支梁桥。传统的静、动载试验只能关参数作为初始变量，同时，考虑到某些参数之间的从宏观上把握桥梁的工作状态和承载能力，因此，有耦合关系，如弹性模量E和刚度j，再经过灵敏度分必要探讨新的技术以获得装配式简支梁桥的真实结析，最终确定梁端转动约束刚度K2、主梁抗弯性能构状态，为结构性能评定提供科学依据。指标E1、桥面板弹性模量E6、桥面板厚度T6几类许多学者在结构性能评定方面做了很多工优化变量，为更精确地判断结构各部分的情况，5片作，文献[7]指出基于结构

4、响应敏感点的模型参梁按三分点划分为3段分别考虑各段梁的抗弯性能数化具有较高效率，而目前应变测试方法大量采用，指标参数。应变结果容易获得且精度得到普遍承认，因此本文基于实用角度考虑并从结构受力敏感点应变出发，3优化目标函数的确定及优化方法探讨了一种适合于装配式简支梁桥的基于应变残差Sanayei及Saletnik[8曾以测取的结构位移的有限元模型修正技术。(／g变)反应与相应模型分析结果的差值建立优化目以一座5片箱梁组成的简支梁桥为研究对象，标函数，最后采用最小二乘法优化求解待识别参数选取结构受力响应敏

5、感部位即各片主梁跨中顶、底的修正量。本文经过调整，综合考虑应变结果和弹板的应变为分析基本量。性模量，以装配式简支梁桥结构受力响应敏感点的应变残差即应变比能总和一致逼近为原则建立目标2优化变量的确定函数，采用的优化目标函数用公式表示为：对于简支梁桥，初始优化变量确定为以下几种：∑∑E(e一￡)o∑∑E￡．元一∑∑E￡0JlJiJi①桥跨长度及支座安装误差。通过有限元模型靠支式中，i为结构应变测点；为测试工况。座处单元长度变化△L来模拟。②桥面板连续以及为提高优化速率和逼近效率，本文综合运用了支座刚度。通

6、过对简支梁端部用一定竖向刚度的弹ANSYS优化模块／OPT自带的零阶及一阶优化算簧约束K1和一定转动刚度的弹簧约束K2来模法。综合运用随机搜索法和一阶优化方法，既能避拟，并代替理想的简支边界条件。③多片梁横向分免局部最优解的发生，又能节约计算时间、提高效率布。通过有限元模型中桥面板的弹性模量E6及厚和精度。度来模拟。④材料参数。5片梁的弹性模量E1收稿日期：201o一07—20作者简介：朱张峰(1985-)，男，博士研究生，2006年毕业于南京理工大学土木工程专业，工学学士(E—mail：seuzz{

7、@126．com)。42世界桥梁2011年第3期4工程实例4．1桥梁概况及数据采集某沿海高速公路5号桥引桥为预应力混凝土等截面箱梁桥，主梁结构由5片箱梁横向装配而成，桥跨长25m，桥面宽35In，桥梁实景如图1所示。图4有限元模型根据图3所示加载示意图，分2种工况对有限元模型进行加载。其中，以1组等效集中力模拟实际车辆荷载；同时，鉴于加载时车辆移动速度较慢，为简化计算，各加载工况以一系列静荷载子工况等效，经过优化，确定为沿顺桥向每隔2m进行一次加载，考虑车辆自身长度，每个工况将包含15个子工况。4．3

8、模型优化及逼近效果图1桥梁买景综合运用了ANSYS优化模块／OPT自带的零本文优化仅针对桥梁跨中各箱梁截面顶(底)板阶及一阶优化算法对模型进行优化，在设置了100应变，应变计布置示意如图2所示。共布置了16个步零阶优化和2O步一阶优化后，目标函数几乎没有应变计，其中6656号、6726号、6645号、6648号、变动，到达最优解。各变量优化结果见表1，其中支6720号、6624号应变计发生故障，但是未坏的应变座转动约束刚度取理想简支和固支2种边界条件为计