基于成橋荷載試驗(yàn)的橋梁有限元模型修正

1、基于成橋荷載試驗(yàn)的襄陽(yáng)漢江五橋有限元模型修正導(dǎo)師：* * *答辯人：* * *學(xué) 院：理 學(xué) 院專(zhuān) 業(yè)：工程力學(xué) 漢江五橋是位于襄陽(yáng)市的一座典型的大跨度連續(xù)剛構(gòu)梁拱組合橋構(gòu)造特點(diǎn)： 拱肋：拱肋：1. 1. 變變高度八邊形箱型高度八邊形箱型截面，截面，內(nèi)部設(shè)加勁肋、橫隔板。內(nèi)部設(shè)加勁肋、橫隔板。2. 2. 凈寬：凈寬：2.47m,2.47m,高度：高度：2.473.97m2.473.97m。3. 3. 共共8484根吊桿，間隔根吊桿，間隔6m6m。 跨徑：跨徑：77+138+138+77=430m77+138+138+77=430m 主梁主梁: 1.: 1.大大懸臂斜腹板單箱三室懸臂斜腹板單箱三

2、室截面截面，橋面橫向坡度橋面橫向坡度2 2% %。 2. 2.橋墩處箱梁高度達(dá)橋墩處箱梁高度達(dá)7.8m7.8m，跨中跨中3.0m3.0m。 3. 3.橋墩與箱梁之間采用固結(jié)形式。橋墩與箱梁之間采用固結(jié)形式。 漢江五橋是內(nèi)環(huán)線閉合環(huán)的主要過(guò)江通道，作為市區(qū)內(nèi)環(huán)線控制性工程，對(duì)其全橋有限元模型進(jìn)行“整體-局部”修正，對(duì)于長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)具有重要價(jià)值。背景介紹模型修正局部分析剛域探討根據(jù)工程實(shí)際所建立的MIDAS全橋模型，對(duì)于整體有限元模型修正中幾個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行分析研究在局部分析的基礎(chǔ)上利用成橋荷載試驗(yàn)結(jié)果和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，重點(diǎn)對(duì)拱橋拱腳部位的剛域效應(yīng)及結(jié)構(gòu)的楊氏模量合理取值進(jìn)行探討由“整體到局部”的

3、分析思路，利用ANSYS軟件掌握拱腳處應(yīng)力大小及分布規(guī)律，從而對(duì)拱腳處構(gòu)造做出綜合評(píng)價(jià)處理方式的不同處理方式的不同：梁?jiǎn)卧Ｐ停汗袄吒舭逡怨?jié)點(diǎn)荷載的形式施加于拱肋節(jié)點(diǎn)處；板單元模型：按設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)截面處增設(shè)加強(qiáng)隔板、標(biāo)準(zhǔn)隔板。梁與板單元模型邊墩對(duì)比梁與板單元模型邊墩對(duì)比梁與板單元模型中墩對(duì)比梁與板單元模型中墩對(duì)比撓度對(duì)比撓度對(duì)比箱梁剪力對(duì)比箱梁剪力對(duì)比箱梁彎矩對(duì)比箱梁彎矩對(duì)比非常接近，一部分節(jié)點(diǎn)存在0.010.02mm差別，跨中0.41mm模型二最大豎向位移83.9mm，相差1%拱腳附近：10%15%拱肋拱肋箱梁箱梁箱梁應(yīng)力除墩頂外，其余位置均比較接近拱肋應(yīng)力：模型一 模型二 由于模型一中沒(méi)有考慮

4、隔板參加受力，使得頂?shù)装宸謸?dān)的應(yīng)力比模型二稍有增加，拱腳部位相差稍大。拱腳處于拱肋與箱梁交接處，是結(jié)構(gòu)傳力的重要部位，因此底板存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，梁?jiǎn)卧Ｐ蛣t無(wú)法體現(xiàn)這一特點(diǎn)。由于無(wú)加強(qiáng)橫隔板，梁?jiǎn)卧Ｐ驮诘鯒U連接處出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，在板單元模型中由于橫隔板的存在較好地消除了這一現(xiàn)象。在加勁肋與橫隔板連接處出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，這些部位在梁?jiǎn)卧Ｐ椭卸际潜缓?jiǎn)化忽略掉的。有無(wú)樁土作用模型對(duì)比“m”法： zxzm z x () ()pzszxspzzza bm z xPAKa bm zxxx工況一：恒載(1.0)+活載(1.0)+風(fēng)荷載(1.2)工況二：恒載(1.0)+活載(0.85)+風(fēng)荷載(0

5、.75)+整體升溫(1.2)工況三：恒載(1.0)+活載(0.85)+風(fēng)荷載(0.75)+整體降溫(1.2)試驗(yàn)工況：工況（不考慮）軸力Fx 剪力Fy剪力Fz 扭矩Mx 彎矩My彎矩Mz 應(yīng)力 ( kN)(kN )(kN )(kN*m)(kN*m )(kN*m)( MPa) 115671.72-354.0855234.9021083.56-1501738.545739.09-8.96216541.29-68.9236803.2416435.04-1458615.956883.38-8.68312569.27-68.9266989.6716435.04-1550818.956883.38-9.2

6、8工況（考慮）軸力Fx 剪力Fy剪力Fz 扭矩Mx 彎矩My彎矩Mz 應(yīng)力 ( kN)(kN )(kN )(kN*m)(kN*m )(kN*m)( MPa) 115679.54-206.5951717.0119257.90-1497744.466998.48-8.98216625.92-88.0436789.5616106.39-1454937.407023.18-8.70312465.21-88.0461503.9716106.39-1546669.327023.18-9.30箱梁拱腳內(nèi)力對(duì)比表：1. 考慮樁土作用模型中的土彈簧分擔(dān)了很大一部分橫向荷載。2. 基底樁為摩擦樁，因此剪力相差較大

7、，達(dá)到6.8%。3. 在考慮樁土作用時(shí)未考慮樁身轉(zhuǎn)動(dòng)彈性剛度。工況（不考慮）軸力Fx 剪力Fy剪力Fz 扭矩Mx 彎矩My彎矩Mz 應(yīng)力 ( kN)(kN )(kN )(kN*m)(kN*m )(kN*m)( MPa) 113108.4961.202040.289831.82281650.46-1500.7515.1211573.85101.401188.158461.53258090.162769.2413.8311296.96101.402344.418461.53298843.732769.2515.9工況（考慮）軸力Fx 剪力Fy剪力Fz 扭矩Mx 彎矩My彎矩Mz 應(yīng)力 ( kN)(

8、kN )(kN )(kN*m)(kN*m )(kN*m)( MPa) 112970.70149.962144.629903.30282111.60-1900.2415.0211664.15139.701229.518489.45258313.24432.9213.7310998.63139.702510.828489.45299425.64432.9215.8箱梁跨中內(nèi)力對(duì)比表：1. 與箱梁拱腳類(lèi)似，橫向剪力與水平彎矩增幅對(duì)應(yīng)拱腳部位的降幅。在全橋結(jié)構(gòu)要保持平衡的前提條件下，拱腳部位因?yàn)闃锻列?yīng)而減小的內(nèi)力值轉(zhuǎn)移到了跨中。2. 結(jié)構(gòu)內(nèi)部由于膨脹和收縮產(chǎn)生變形，內(nèi)力累積效應(yīng)在跨中部位體現(xiàn)最為明顯

9、。工況（不考慮）軸力Fx 剪力Fy剪力Fz 扭矩Mx 彎矩My彎矩Mz 應(yīng)力 ( kN)(kN )(kN )(kN*m)(kN*m )(kN*m)( MPa) 1-17369.45463.091347.07600.299892.4013826.26-1392-22614.51289.651519.32376.9811111.818649.09-1493-11686.76289.651036.05376.986914.018649.09-111工況（考慮）軸力Fx 剪力Fy剪力Fz 扭矩Mx 彎矩My彎矩Mz 應(yīng)力 ( kN)(kN )(kN )(kN*m)(kN*m )(kN*m)( MPa)

10、 1-17199.76698.641307.94902.679442.5420852.43-1492-22641.83289.601510.62376.8111007.938645.71-1493-11488.29289.601009.27376.816717.718645.71-110拱肋拱腳內(nèi)力對(duì)比表：1. 工況1增幅近50%，基底的水平方向的彈簧剛度增加，對(duì)上部的拱肋結(jié)構(gòu)的抵抗荷載能力也有了更高的要求。2. 摩擦樁的設(shè)置使得樁底彈性系數(shù)增加，豎向彎矩減小5%，變化幅度較小。3. 側(cè)重考察樁土作用對(duì)全橋整體內(nèi)力影響方面，觀察發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化幅度很小。未知系數(shù)法未知系數(shù)法：手工迭代法手工迭代法：

11、 AXD A 12,inAAAA111212122212mmnnnmAAAAAAAAA= 未知系數(shù)法是MIDAS軟件的調(diào)索功能，理論基礎(chǔ)來(lái)自于影響矩陣法：= 得到響應(yīng)影響矩陣，通過(guò)影響矩陣計(jì)算，得到每個(gè)階段的施調(diào)向量 ，滿足結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)條件下使吊桿力逐漸趨向目標(biāo)值。 A1=()nnniniinidesresSSSS 式中， Sini為索力輸入值， Sres為索力輸出值，Sdes為成橋索力設(shè)計(jì)值， 為下次迭代輸入值。1niniS初始張拉力：750KN設(shè)置上下限：751KN，749KN不同點(diǎn)：1. 初始值 2. 簡(jiǎn)易程度拱肋與箱梁彎矩對(duì)比圖拱肋與箱梁彎矩對(duì)比圖1. 相對(duì)相對(duì)于手工迭代法，未知荷載系

12、數(shù)法的拱肋計(jì)算彎矩平均減小于手工迭代法，未知荷載系數(shù)法的拱肋計(jì)算彎矩平均減小4%；2. 與與之相比箱梁彎矩在左右拱腳處變化較大，相差在之相比箱梁彎矩在左右拱腳處變化較大，相差在17%左右左右。3. 1/4跨跨 1/2跨與跨與1/23/4跨之間吻合，差值跨之間吻合，差值5%以下。以下。兩種方法在不同區(qū)段有不同的特征兩種方法在不同區(qū)段有不同的特征拱肋與箱梁剪力對(duì)比圖拱肋與箱梁剪力對(duì)比圖1. 兩種計(jì)算方法所得拱肋剪力與箱梁剪力均比較吻合兩種計(jì)算方法所得拱肋剪力與箱梁剪力均比較吻合；2. 未知荷載系數(shù)法的結(jié)果要小于手工迭代法，差值在未知荷載系數(shù)法的結(jié)果要小于手工迭代法，差值在3%左右左右。拱肋與箱梁撓

13、度對(duì)比圖拱肋與箱梁撓度對(duì)比圖1. 撓度差值均出現(xiàn)兩頭小、中間大的分布態(tài)勢(shì)撓度差值均出現(xiàn)兩頭小、中間大的分布態(tài)勢(shì)；2. 拱肋對(duì)箱梁的位移約束能力不如手工迭代法拱肋對(duì)箱梁的位移約束能力不如手工迭代法。1. 橫隔板的存在對(duì)抑制結(jié)構(gòu)的變形很有必要橫隔板的存在對(duì)抑制結(jié)構(gòu)的變形很有必要2. 板單元應(yīng)力內(nèi)力計(jì)算結(jié)果更理想3. 兩種模型總體差別不大1.未知系數(shù)法未知系數(shù)法在彎矩、軸力、正應(yīng)力三個(gè)方面的參數(shù)表現(xiàn)在彎矩、軸力、正應(yīng)力三個(gè)方面的參數(shù)表現(xiàn)要優(yōu)于手工迭代法要優(yōu)于手工迭代法2.未知系數(shù)法的成橋索力分布很不均勻3.手工迭代法對(duì)吊桿力的精確控制更加高效，但費(fèi)時(shí)間1. 樁土效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)在水平方向樁土

14、效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)在水平方向2. 樁土作用對(duì)梁拱組合橋型的靜力荷載作用影響較小3. 有限元模型整體靜力分析可不考慮樁土作用梁、板單元對(duì)比梁、板單元對(duì)比吊桿力優(yōu)化吊桿力優(yōu)化樁土效應(yīng)樁土效應(yīng)ANSYS拱腳局部模型 全橋模型無(wú)法對(duì)結(jié)構(gòu)局部的受力性能做出準(zhǔn)確判斷，因此有必要采用實(shí)體單元有限元法對(duì)其進(jìn)行局部分析，掌握拱腳處的應(yīng)力大小及分布規(guī)律。疏密網(wǎng)格過(guò)渡區(qū)疏密網(wǎng)格過(guò)渡區(qū)金字塔單元金字塔單元?dú)卧度雴卧度胂淞海篠olid95拱肋：Shell181結(jié)構(gòu)分析采用1/4對(duì)稱(chēng)邊界條件：縱向?qū)ΨQ(chēng)面： X向平動(dòng)自由度 Y、Z向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度橫向?qū)ΨQ(chēng)面： Z向平動(dòng)自由度 X、Y向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度 利用平截面假定，主

15、節(jié)點(diǎn)設(shè)置于界面的幾何中心，主節(jié)點(diǎn)處添加相對(duì)剛度無(wú)限大的虛擬梁?jiǎn)卧脕?lái)施加節(jié)點(diǎn)荷載。結(jié)構(gòu)部位最大豎向位移(cm )結(jié)果分析MIDAS/CivilANSYS箱梁-0.49-0.44-0.66混凝土結(jié)構(gòu)位移絕對(duì)數(shù)值較小，結(jié)果相近拱肋-2.53-1.58-1.73鋼結(jié)構(gòu)位移相差較大，原因是拱腳處建模簡(jiǎn)單，剛度偏小 箱梁整體第一主應(yīng)力處于箱梁整體第一主應(yīng)力處于-3.791.92MPa之間，整體之間，整體第三第三應(yīng)力處于應(yīng)力處于-15.8-5.39MPa之之間，兩者都存在明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力集中點(diǎn)位于預(yù)應(yīng)力束與混凝土實(shí)體單元耦合間，兩者都存在明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力集中點(diǎn)位于預(yù)應(yīng)力束與混凝土實(shí)體單元

16、耦合處。處。拱拱腳腳箱箱梁梁應(yīng)應(yīng)力力分分布布圖圖箱梁整體應(yīng)力分布圖拱拱腳腳箱箱梁梁應(yīng)應(yīng)力力分分布布圖圖14號(hào)塊整體應(yīng)力分布圖 1. 1. 一號(hào)塊第一主應(yīng)力處于一號(hào)塊第一主應(yīng)力處于-2.312.12MPa之間，之間，第三第三應(yīng)力處于應(yīng)力處于-11.92.32MPa之間，之間，邊邊室室底板底板、箱梁箱梁與橫隔板與橫隔板交界處吊桿交界處吊桿錨固處第一主應(yīng)力值較高，局部超出混凝土設(shè)計(jì)錨固處第一主應(yīng)力值較高，局部超出混凝土設(shè)計(jì)抗抗拉強(qiáng)度拉強(qiáng)度。 2. 2. 二號(hào)塊第一主應(yīng)力處于二號(hào)塊第一主應(yīng)力處于-2.242.38MPa之間，之間，第三第三應(yīng)力處于應(yīng)力處于-10.060.201MPa之間之間，箱梁與橫隔

17、板交界處第一主應(yīng)力值較高，局部超出混凝土設(shè)計(jì)箱梁與橫隔板交界處第一主應(yīng)力值較高，局部超出混凝土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度，邊室隔板、邊室隔板、中室隔板與腹板交界處存在應(yīng)力集中中室隔板與腹板交界處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象現(xiàn)象，接近設(shè)計(jì)強(qiáng)度。，接近設(shè)計(jì)強(qiáng)度。 3. 3.三號(hào)號(hào)塊第一主應(yīng)力處于塊第一主應(yīng)力處于-2.423.06MPa之間，之間，第三第三應(yīng)力處于應(yīng)力處于-13.40.234MPa之間之間，三號(hào)塊中室底板、箱梁與橫隔板交界處三號(hào)塊中室底板、箱梁與橫隔板交界處、吊桿、吊桿錨固處第一主應(yīng)力值較高，局部超出混凝錨固處第一主應(yīng)力值較高，局部超出混凝土設(shè)計(jì)土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度。 4. 4.四四號(hào)號(hào)塊第一主應(yīng)力

18、處于塊第一主應(yīng)力處于-2.353.02MPa之間，之間，第三第三應(yīng)力處于應(yīng)力處于-15.8-5.39MPa之間之間，四四號(hào)塊中室底板第一主應(yīng)力值較高，局部超出混凝土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，需引起重視。此外，在號(hào)塊中室底板第一主應(yīng)力值較高，局部超出混凝土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，需引起重視。此外，在箱梁與橫隔板交界處拉應(yīng)力值也較大。箱梁與橫隔板交界處拉應(yīng)力值也較大。 錨固區(qū)錨固區(qū)第一主應(yīng)力處于第一主應(yīng)力處于-0.9422.25MPa之間，整體第三主應(yīng)力處于之間，整體第三主應(yīng)力處于-16.70.11MPa之間之間。鋼板嵌入?yún)^(qū)域外側(cè)第一主應(yīng)力偏高，局部接近混凝土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，鋼拱肋底部第三鋼板嵌入?yún)^(qū)域外側(cè)第一主應(yīng)力偏高，

19、局部接近混凝土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，鋼拱肋底部第三主應(yīng)力值偏高，需引起重視。主應(yīng)力值偏高，需引起重視。拱拱腳腳箱箱梁梁應(yīng)應(yīng)力力分分布布圖圖錨固區(qū)整體應(yīng)力分布圖 拱肋整體應(yīng)力分布均勻，拱肋整體應(yīng)力分布均勻，整體整體Von MisesVon Mises應(yīng)力處于應(yīng)力處于0.055144MPa0.055144MPa之間，局部最大當(dāng)量之間，局部最大當(dāng)量應(yīng)力達(dá)到應(yīng)力達(dá)到258MPa258MPa。在在GL1bGL1b上面板、豎向橫隔板以及拱肋底部，與混凝土相銜接處存在應(yīng)上面板、豎向橫隔板以及拱肋底部，與混凝土相銜接處存在應(yīng)力集中，應(yīng)力梯度較大力集中，應(yīng)力梯度較大。拱拱腳腳拱拱肋肋應(yīng)應(yīng)力力分分布布圖圖拱肋整體應(yīng)力分布

20、圖 箱梁整體箱梁整體Von Mises應(yīng)力處于應(yīng)力處于0.055115MPa之間，局部最大當(dāng)量應(yīng)力達(dá)到之間，局部最大當(dāng)量應(yīng)力達(dá)到258MPa，拱腳拱腳底部底部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，結(jié)構(gòu)處于高應(yīng)力狀態(tài)，在拱肋底面板處可受力復(fù)雜，結(jié)構(gòu)處于高應(yīng)力狀態(tài)，在拱肋底面板處可以明顯看到縱肋的以明顯看到縱肋的變形變形，同時(shí)根部的橫隔板處于高應(yīng)力狀態(tài)，同時(shí)根部的橫隔板處于高應(yīng)力狀態(tài)。拱拱腳腳拱拱肋肋應(yīng)應(yīng)力力分分布布圖圖拱肋根部應(yīng)力分布圖1. 1. 拱拱腳在三向預(yù)應(yīng)力束體系作用下，局部混凝土壓應(yīng)力大大高腳在三向預(yù)應(yīng)力束體系作用下，局部混凝土壓應(yīng)力大大高于懸臂梁部分于懸臂梁部分。由于上部鋼拱肋的倒角，結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及外力分

21、布由于上部鋼拱肋的倒角，結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及外力分布復(fù)雜，而導(dǎo)致局部混凝土結(jié)構(gòu)存在明顯應(yīng)力集中處，使結(jié)構(gòu)處于復(fù)雜，而導(dǎo)致局部混凝土結(jié)構(gòu)存在明顯應(yīng)力集中處，使結(jié)構(gòu)處于高高應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)。2. 2. 與與拱腳連接處的拱肋處于高應(yīng)力狀態(tài)，在拱肋底面板處縱肋拱腳連接處的拱肋處于高應(yīng)力狀態(tài)，在拱肋底面板處縱肋變形較大。除部分應(yīng)力集中點(diǎn)外，拱腳處拱肋應(yīng)力均處于合理變形較大。除部分應(yīng)力集中點(diǎn)外，拱腳處拱肋應(yīng)力均處于合理范范圍圍。3.3.傳統(tǒng)以桿系理論為基礎(chǔ)的數(shù)值分析方法難以準(zhǔn)確反映拱腳處的傳統(tǒng)以桿系理論為基礎(chǔ)的數(shù)值分析方法難以準(zhǔn)確反映拱腳處的結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)，在用于荷載試驗(yàn)時(shí)容易造成誤判，此時(shí)應(yīng)采用比結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)，在

22、用于荷載試驗(yàn)時(shí)容易造成誤判，此時(shí)應(yīng)采用比較細(xì)致的有限元局部分析較細(xì)致的有限元局部分析。4. 拱腳處箱梁與拱肋之間為固結(jié)形式，由于采用混合結(jié)構(gòu)，兩者拱腳處箱梁與拱肋之間為固結(jié)形式，由于采用混合結(jié)構(gòu)，兩者剛度均比較大，因此應(yīng)考慮其產(chǎn)生剛域效應(yīng)，對(duì)此將在下節(jié)討論。剛度均比較大，因此應(yīng)考慮其產(chǎn)生剛域效應(yīng)，對(duì)此將在下節(jié)討論。231456789101112134*19.25=774*19.25=774*34.5=1384*34.5=138L1L2L3L4測(cè)點(diǎn)分布： 按照橋面線形測(cè)量的慣例，在左航道橋上每隔L/4設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)設(shè)在左右防撞墻內(nèi)側(cè)橋面上。在不同試驗(yàn)工況下，對(duì)大橋的關(guān)鍵部位如各跨的L/4處、

23、跨中、3L/4處及墩頂截面處的試驗(yàn)前后撓度值進(jìn)行測(cè)量，得到試驗(yàn)荷載作用下結(jié)構(gòu)的撓度值。 本次試驗(yàn)以漢江五橋主橋左航道橋?yàn)樵囼?yàn)對(duì)象。利用檢測(cè)儀器測(cè)試結(jié)構(gòu)的控制部位和控制截面在荷載作用下的撓度等特性的變化，從而對(duì)結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下的剛度、承載能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。2#3#4#36,59,677138L1L22#3#4#36,59,69,635,877138L1L22#3#4#77138L1L264,62#3#4#36,5L1L2L3698,917,2771381381. 試驗(yàn)工況1：檢驗(yàn)邊跨最大正彎矩截面A承受正彎矩的荷載。2. 試驗(yàn)工況2：檢驗(yàn)邊跨墩頂截面B承受負(fù)彎矩的承受能力。3. 試驗(yàn)工況3：檢驗(yàn)

24、中跨跨中截面C承受正彎矩的能力。4. 試驗(yàn)工況4：檢驗(yàn)拱腳截面D承受（對(duì)稱(chēng)）負(fù)彎矩的能力。 試驗(yàn)選用350KN雙后軸載重車(chē)進(jìn)行最不利加載，試驗(yàn)車(chē)輛前軸重70KN，中后軸重均為140KN，前軸距中軸4m，中軸距后軸1.4m，荷載效率系數(shù)（加上沖擊荷載系數(shù)影響）為1.05。測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)編號(hào)編號(hào)工況三工況三工況四工況四實(shí)測(cè)值理論值 校驗(yàn)系數(shù) 實(shí)測(cè)值 理論值 校驗(yàn)系數(shù)15.496.060.912.593.870.67 23.735.390.691.582.620.60 31.282.210.580.210.430.49 4-1.33-1.860.724.585.370.85 5-1.32-1.420.93

25、8.809.200.96 6-0.12-0.250.481.352.640.51 70.030.050.60-5.60-7.900.71 80.030.050.60-0.25-0.620.40 90.020.030.67-0.05-0.130.38111.250.04-1.50-0.39 -12-1.00-1.400.713.003.800.79 13-0.65-0.820.796.006.700.90 靜載試驗(yàn)主要測(cè)點(diǎn)撓度值靜載試驗(yàn)主要測(cè)點(diǎn)撓度值表表：測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)編號(hào)編號(hào)工況三工況三工況四工況四實(shí)測(cè)值理論值 校驗(yàn)系數(shù) 實(shí)測(cè)值 理論值 校驗(yàn)系數(shù)1-1.09-1.230.895.116.100.84

26、2-1.07-1.560.695.965.451.093-1.04-1.001.041.162.250.5241.104.620.24-2.59-2.151.20511.212.200.92-2.70-2.970.9162.904.670.621.302.250.587-1.00-1.500.673.485.560.638-1.00-1.180.855.487.730.719-0.25-0.241.041.132.060.55112.002.720.74-1.00-1.250.80126.008.650.69-1.00-1.700.59131.002.750.36-1.00-1.330.75靜

27、載試驗(yàn)主要測(cè)點(diǎn)撓度值靜載試驗(yàn)主要測(cè)點(diǎn)撓度值表表：結(jié)論：結(jié)論： 多數(shù)測(cè)點(diǎn)在靜載試驗(yàn)工況下表現(xiàn)正常，除個(gè)別測(cè)點(diǎn)以外，撓度值校驗(yàn)系數(shù)均未超過(guò)1.0。但也反映出另一方面的問(wèn)題，理論值相對(duì)實(shí)測(cè)值偏大，導(dǎo)致?lián)隙刃ｒ?yàn)系數(shù)普遍偏小，說(shuō)明有限元建模過(guò)程中對(duì)材料參數(shù)的選取，以及結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量等參數(shù)與工程實(shí)際結(jié)構(gòu)不相吻合，在此條件下得到的結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)不能準(zhǔn)確反映大橋的承載能力及安全儲(chǔ)備。修正因素：剛域彈性模量修正措施： 在箱梁與拱肋端部設(shè)置一定區(qū)段的剛域，同時(shí)對(duì)混凝土、拱肋、預(yù)應(yīng)力束等彈性模量上下調(diào)整10%進(jìn)行合理性探討。拱腳部位因?yàn)楣澳_部位因?yàn)闃?gòu)造構(gòu)造原因原因會(huì)形成一段剛度趨近于無(wú)限大會(huì)形成一段剛度趨近于無(wú)限大的

28、區(qū)域，即為剛域，在此部位的區(qū)域，即為剛域，在此部位區(qū)段的材料剛度系數(shù)如果不相區(qū)段的材料剛度系數(shù)如果不相應(yīng)作以調(diào)整，將使模型模擬實(shí)應(yīng)作以調(diào)整，將使模型模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)出現(xiàn)際結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失真失真。 彈性模量精確彈性模量精確與否直接影響到分與否直接影響到分析結(jié)果析結(jié)果精度。精度。在工程實(shí)際中，在工程實(shí)際中，由于由于混混凝土凝土徐徐變、變、收縮收縮，鋼拱肋和預(yù)應(yīng)力束，鋼拱肋和預(yù)應(yīng)力束老化老化等等原因原因，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的的彈性模量相比設(shè)彈性模量相比設(shè)計(jì)規(guī)范值會(huì)有一定計(jì)規(guī)范值會(huì)有一定的的偏差和出入。偏差和出入。桿系計(jì)算內(nèi)力真實(shí)內(nèi)力(試驗(yàn)及細(xì)分有限元計(jì)算內(nèi)力)(1/6-1/7)bhb 剛剛域是指構(gòu)件與構(gòu)件相交部分彎曲剛

29、度按照無(wú)限大考慮的區(qū)域，域是指構(gòu)件與構(gòu)件相交部分彎曲剛度按照無(wú)限大考慮的區(qū)域，剛域一般產(chǎn)生于框架中梁柱重疊部分，其軸向剛度與抗彎剛度都很剛域一般產(chǎn)生于框架中梁柱重疊部分，其軸向剛度與抗彎剛度都很大，基本上可以認(rèn)為不發(fā)生軸向、彎曲變形，從而在整體上看作一大，基本上可以認(rèn)為不發(fā)生軸向、彎曲變形，從而在整體上看作一個(gè)剛性個(gè)剛性塊體塊體。在在有限元有限元軟件中模擬節(jié)點(diǎn)剛域的方式主要有兩種軟件中模擬節(jié)點(diǎn)剛域的方式主要有兩種: 1. 主從主從節(jié)點(diǎn)自由度節(jié)點(diǎn)自由度法法 2. 剛性剛性材料法材料法。優(yōu)缺點(diǎn)：第一種第一種：需要將一個(gè)主節(jié)點(diǎn)與多個(gè)從屬節(jié)點(diǎn)耦合在一起，耦合節(jié)點(diǎn)需要將一個(gè)主節(jié)點(diǎn)與多個(gè)從屬節(jié)點(diǎn)耦合在一起

30、，耦合節(jié)點(diǎn)之間的單元?jiǎng)偠融呌跓o(wú)窮大，節(jié)點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了剛域效應(yīng)，缺點(diǎn)是需之間的單元?jiǎng)偠融呌跓o(wú)窮大，節(jié)點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了剛域效應(yīng)，缺點(diǎn)是需要重新劃分節(jié)點(diǎn)，工作量稍大。要重新劃分節(jié)點(diǎn)，工作量稍大。第二種第二種：采用剛度很大的單元模擬節(jié)點(diǎn)附近的剛性區(qū)域。采用剛度很大的單元模擬節(jié)點(diǎn)附近的剛性區(qū)域。a1a2c1c2lc1lc2lb1lb2bchb112211220.250.250.250.25bbbbcccclhlhlcblcb 日本奧田勇教授提出下列剛域尺寸計(jì)算公式： =-0.25=-0.25zfzfLBhLhB梁柱高規(guī)高規(guī)對(duì)于梁柱交匯點(diǎn)處的剛性節(jié)點(diǎn)區(qū)域的具體剛域尺寸進(jìn)行了對(duì)于梁柱交匯點(diǎn)處的剛性節(jié)點(diǎn)區(qū)域的具體剛

31、域尺寸進(jìn)行了規(guī)定規(guī)定：其中，hf是梁高，Bz是柱寬。 由于梁柱斜交，交匯處箱梁高度為7.9m,拱肋高度為4.0m，得到： L梁剛域=0.025m L拱剛域=2.95m， 梁端剛域計(jì)算尺寸過(guò)小。 采用奧田勇教授的理論公式估算，得到箱梁剛域長(zhǎng)度： L梁剛域=2.205m L拱剛域=2.95m剛剛域?qū)y(cè)點(diǎn)域?qū)y(cè)點(diǎn)撓度的撓度的影響影響彈模彈模對(duì)對(duì)測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)撓度的撓度的影響影響絕對(duì)差值：0.021.98mm相對(duì)差值：7%差值：混凝土： 0.520.91mm拱肋： 0.120.36mm預(yù)應(yīng)力束：0.110.14mmBP網(wǎng)絡(luò)模型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法步驟算法步驟如下：如下：（1）對(duì)閾值進(jìn)行初始賦值。（2）提

32、供輸入樣本集與期望輸出值。（3）計(jì)算輸出值：()jji iyfW x1( )1 exp ()f xx式中，f(*)為Sigmoid函數(shù)，即：（4）網(wǎng)絡(luò)調(diào)整。從輸出層開(kāi)始反饋，將誤差反向傳播對(duì)權(quán)值進(jìn)行調(diào)整：(1)( )ijijjjW tW ty 式中，j按下式計(jì)算：(1)()(1)()iiijiikjkkyyTyjyyWj當(dāng) 為輸出節(jié)點(diǎn)當(dāng) 為隱節(jié)點(diǎn)(1)( )( )(1)ijijjjijijWtWtyWtWt使用沖量值時(shí)，權(quán)值按下式計(jì)算： 通過(guò)這種方式，不僅確定了最佳試驗(yàn)組合，并且建立起各相關(guān)因素之間的對(duì)應(yīng)模型，利用均勻設(shè)計(jì)方法的的特點(diǎn)，使得試驗(yàn)樣本具有分布均勻，代表性強(qiáng)的特點(diǎn)。用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

33、挑選出表現(xiàn)最好的試驗(yàn)組合，結(jié)束模型修正試驗(yàn)。建立起描述指標(biāo)與對(duì)應(yīng)因素的關(guān)系模型，在一個(gè)較大的試驗(yàn)范圍內(nèi)篩選出最優(yōu)試驗(yàn)條件組合?？s小范圍，以對(duì)建立的模型在新一輪試驗(yàn)中進(jìn)行驗(yàn)證，從而達(dá)到對(duì)模型進(jìn)一步修正的目的。測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)編號(hào)編號(hào)剛域區(qū)段剛域區(qū)段0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01-1.21-1.19-1.18-1.17-1.15-1.13-1.09-1.03-0.95-0.912-1.52-1.49-1.46-1.43-1.41-1.39-1.37-1.35-1.34-1.333-1.01-1.02-1.03-1.04-1.06-1.08-1.11-1.14-1.18-1.

34、2344.494.384.294.224.154.104.064.034.013.99512.1111.9811.8311.6811.5111.3311.1310.9110.6610.3864.604.544.494.454.414.374.344.314.294.277-1.46-1.43-1.40-1.37-1.35-1.32-1.29-1.26-1.24-1.228-1.18-1.19-1.20-1.21-1.23-1.25-1.27-1.30-1.33-1.379-0.24-0.24-0.23-0.22-0.22-0.21-0.21-0.20-0.20-0.20112.732.752.

35、772.792.812.832.862.902.943.00128.478.318.178.007.867.757.677.617.567.54132.652.572.482.422.362.322.282.252.222.19各區(qū)段剛域撓度各區(qū)段剛域撓度多數(shù)測(cè)點(diǎn)考慮剛域多數(shù)測(cè)點(diǎn)考慮剛域效效應(yīng)應(yīng)后的撓度值更接近實(shí)測(cè)值后的撓度值更接近實(shí)測(cè)值。某些測(cè)點(diǎn)的某些測(cè)點(diǎn)的撓度值在中撓度值在中不斷增不斷增大中逐漸大中逐漸越越偏離實(shí)測(cè)值偏離實(shí)測(cè)值。一些測(cè)點(diǎn)理論值在剛域一些測(cè)點(diǎn)理論值在剛域擴(kuò)展擴(kuò)展后期后期減小至實(shí)測(cè)撓度值減小至實(shí)測(cè)撓度值以下以下。與實(shí)測(cè)值對(duì)比：與實(shí)測(cè)值對(duì)比：1.2.3.效驗(yàn)系數(shù)對(duì)比效驗(yàn)系數(shù)對(duì)比1

36、. 通過(guò)節(jié)點(diǎn)剛域的模擬，修正模型中的校驗(yàn)系數(shù)精度整體提高2%10%，平均增幅為6% 。2. 9號(hào)測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)修正值超出了規(guī)定校驗(yàn)系數(shù)1.05，出現(xiàn)不利因素。3. 在4、6、11號(hào)等測(cè)點(diǎn)處，實(shí)測(cè)值與初始理論值相差較大，經(jīng)過(guò)理論值修正后，仍然沒(méi)有較大改觀。分析：一方面在于撓度實(shí)際測(cè)量值的誤差，另一方面存在于荷載試驗(yàn)中車(chē)輛加載具體位置的偏差。測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)編號(hào)編號(hào)剛域范圍剛域范圍0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.016.216.296.366.426.476.516.546.566.576.5825.315.185.095.024.954.894.834.784.744.7232

37、.192.142.112.082.052.032.011.991.971.964-2.15-2.14-2.13-2.13-2.12-2.12-2.11-2.11-2.10-2.095-2.94-2.89-2.83-2.76-2.68-2.60-2.52-2.44-2.36-2.2862.202.162.132.112.082.052.032.011.991.9775.385.295.225.175.125.075.034.994.974.9587.617.487.357.237.116.986.876.776.686.6192.021.991.961.931.911.891.871.861.8

38、51.8411-1.26-1.27-1.28-1.28-1.29-1.30-1.30-1.31-1.32-1.3312-1.63-1.58-1.53-1.49-1.46-1.43-1.41-1.39-1.37-1.3513-1.24-1.17-1.10-1.05-1.01-0.98-0.95-0.93-0.92-0.91各區(qū)段剛域撓度各區(qū)段剛域撓度多數(shù)測(cè)點(diǎn)考慮剛域多數(shù)測(cè)點(diǎn)考慮剛域效效應(yīng)應(yīng)后的撓度值更接近實(shí)測(cè)值后的撓度值更接近實(shí)測(cè)值。某些測(cè)點(diǎn)的某些測(cè)點(diǎn)的撓度值在撓度值在不斷增不斷增大中逐漸大中逐漸越越偏離實(shí)測(cè)值偏離實(shí)測(cè)值。一些測(cè)點(diǎn)理論值在剛域一些測(cè)點(diǎn)理論值在剛域擴(kuò)展擴(kuò)展后期后期減小至實(shí)測(cè)撓度值減小至實(shí)測(cè)撓度值以下以下。與實(shí)測(cè)值對(duì)比：與實(shí)測(cè)值對(duì)比：1.2.3.效驗(yàn)系數(shù)對(duì)比效驗(yàn)系數(shù)對(duì)比1. 7號(hào)和8號(hào)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)較