钢管混凝土拱桥有限元模型修正

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1、第42卷第6期2010年12月南京航空航天大学JournalofNanjingUniversityofAeronautics学报＆AstronauticsVoI．42No．6Dec．2010钢管混凝土拱桥有限元模型修正周志红1’2姜东h2陈红亮1’2韩晓林1’2费庆国，’2(1．东南大学工程力学系，南京，210096；2．江苏省工程力学分析重点实验室，南京，210096)摘要：建立了某钢管混凝土拱桥的有限元模型，通过计算模态分析获得了该桥的计算模态频率。对该桥实施了环境激励下的动态测试，通过实验模态分析获得了该桥的前两阶实验模态频率。采用基于灵敏度分析的有限元模

2、型修正方法，以弹性模量和截面面积等物理和几何参数为对象，依据试验数据修正了钢管混凝土拱桥的有限元模型，修正之后模态频率误差最大值由22．6％降至3．3％。关键词：钢管混疑土拱桥；环境激励；模态识别；模型修正中图分类号：U441文献标识码：A文章编号：1005．2615(2010)06—0793．04FiniteElementModelUpdatingofConcrete—FilledSteelTubularArchBridgeZhouZhihon91“，JiangDon91～，ChenHonglian91～，HanXiaolinl～，FeiQinggu01·2(

3、1．DepartmentofEngineeringMechanics，SoutheastUniversity，Nanjing，210096，China；2．JiangsuKeyLabofEngineeringMechanicsAnalysis，Nanjing，210096，China)Abstract：Afiniteelementmodelforaconcrete—filledsteeltubulararchbridgeiSestablished．Themodalanalysisisperformedtoobtainthecomputationalmodalfr

4、equencies．Dynamictestingbasedonenviron—mentalexcitationiscarriedouttoobtaintheexperimentalmodalfrequencies．Thesensitivity—basedfiniteelementmodelupdatingisadoptedtoupdatetheelasticmodulusandsectionalareastominimizethedif—ferencesbetweencomputationalandexperimentalmodalfrequencies．The

5、maximummodalfrequencyer—rordecreasesfrom22．6％to3．3％afterupdating．Keywords：concrete—filledsteeltubulararchbridge；environmentalexcitation；modalidentification；modelupdating钢管混凝土拱桥由于承载力大、跨越能力强、抗震性能好，是现代拱桥中最具发展前景的桥型之一。钢管混凝土是将混凝土填入薄壁钢管内而形成一种新的材料形式，钢管内的混凝土由于受到管壁的套箍约束作用而具有更高的抗压强度和更强的塑性变形能力。针

6、对钢管混凝土结构的研究主要集中在静力、热应力和建造技术等方面，对其动力特性的研究还不多见[1]。钢管混凝土拱桥的动力特性对于其地震荷载、风荷载及运行状态下的响应分析极为重要。同时，动力特性也是结构健康监测的重要依据Ez]。如果能建立一个准确的有限元模型，模态频率和振型等动力特性可以通过有限元分析获取，地震作用下结构的响应同样可以采用有限元分析模拟[1’3]。然而，由于结构和材料的不确定性，以及建模中存在的各种假设，使得有限元分析结果必然存在误差。为解决基金项目：国家自然科学基金重大研究计划(90715014)资助项目；国家自然科学基金(10902024)资助项目

7、；江苏省自然科学基金(BK2010397)资助项目；航空科学基金(20090869009)资助项目；东南大学自然科学基金预研(XJ2008310)资助项目。收稿日期：20lO—07—08；修订日期：2010-09．18作者简介：周志红，女，副教授，1955年12月生，E—mail：zhouzhihongemail@yahoo．tom．cn。794南京航空航天大学学报第42卷这一问题，需要采用有限元模型修正技术。模型修正是以合理的初始模型为基础，在一定范围内修改模型参数，使有限元计算的结果与试验数据相吻合，这是获得准确有限元模型的关键技术。在实际工程问题中，采用模

8、型修正得到的有限元模型进