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基于成桥荷载试验的桥梁有限元模型修正
基于成桥荷载试验的襄阳汉江五桥有限元模型修正导师:* * *答辩人:* * *学 院:理 学 院专 业:工程力学前期调研工程背景 汉江五桥是位于襄阳市的一座典型的大跨度连续刚构梁拱组合桥1. 变高度八边形箱型截面,内部设加劲肋、横隔板。2. 净宽:2.47m,高度:2.47~3.97m。3. 共84根吊杆,间隔6m。? 跨径:77+138+138+77=430m构造特点:? 拱肋:? 主梁: 1.大悬臂斜腹板单箱三室截面,桥面横向坡度2%。 2.桥墩处箱梁高度达7.8m,跨中3.0m。 3.桥墩与箱梁之间采用固结形式。前期调研工程背景 汉江五桥是内环线闭合环的主要过江通道,作为市区内环线控制性工程,对其全桥有限元模型进行“整体-局部”修正,对于长期健康监测具有重要价值。前期调研研究思路背景介绍模型修正局部分析刚域探讨根据工程实际所建立的MIDAS全桥模型,对于整体有限元模型修正中几个关键因素进行分析研究由“整体到局部”的分析思路,利用ANSYS软件掌握拱脚处应力大小及分布规律,从而对拱脚处构造做出综合评价在局部分析的基础上利用成桥荷载试验结果和人工神经网络方法,重点对拱桥拱脚部位的刚域效应及结构的杨氏模量合理取值进行探讨模型修正梁、板单元模型对比处理方式的不同:梁单元模型:拱肋隔板以节点荷载的形式施加于拱肋节点处;板单元模型:按设计对应截面处增设加强隔板、标准隔板。梁与板单元模型中墩对比梁与板单元模型边墩对比梁、板单元模型对比模型修正挠度对比非常接近,一部分节点存在0.01~0.02mm差别,跨中0.41mm模型二最大竖向位移83.9mm,相差1%拱脚附近:10%~15%箱梁剪力对比箱梁弯矩对比梁、板单元模型对比模型修正拱肋箱梁拱肋应力:模型一 模型二 由于模型一中没有考虑隔板参加受力,使得顶底板分担的应力比模型二稍有增加,拱脚部位相差稍大。箱梁应力除墩顶外,其余位置均比较接近梁、板单元模型对比模型修正拱脚处于拱肋与箱梁交接处,是结构传力的重要部位,因此底板存在应力集中现象,梁单元模型则无法体现这一特点。由于无加强横隔板,梁单元模型在吊杆连接处出现了明显的应力集中现象,在板单元模型中由于横隔板的存在较好地消除了这一现象。在加劲肋与横隔板连接处出现较大拉应力,这些部位在梁单元模型中都是被简化忽略掉的。模型修正桩土效应研究“m”法: 试验工况:工况一:恒载(1.0)+活载(1.0)+风荷载(1.2)工况二:恒载(1.0)+活载(0.85)+风荷载(0.75)+整体升温(1.2)工况三:恒载(1.0)+活载(0.85)+风荷载(0.75)+整体降温(1.2)有无桩土作用模型对比模型修正桩土效应研究箱梁拱脚内力对比表:工况(不考虑)轴力Fx 剪力Fy剪力Fz 扭矩Mx 弯矩My弯矩Mz 应力σ ( kN)(kN )(kN )(kN*m)(kN*m )(kN*m)( MPa) 115671.72-354.0855234.9021083.56-1501738.545739.09-829-68.9236803.2416435.04-1458615.956883.38-827-68.9266989.6716435.04-1550818.956883.38-9.28工况(考虑)轴力Fx 剪力Fy剪力Fz 扭矩Mx 弯矩My弯矩Mz 应力σ ( kN)(kN )(kN )(kN*m)(kN*m )(kN*m)( MPa) 115679.54-206.5951717.0119257.90-1497744.466998.48-892-88.0436789.5616106.39-1454937.407023.18-821-88.0461503.9716106.39-1546669.327023.18-9.301. 考虑桩土作用模型中的土弹簧分担了很大一部分横向荷载。2. 基底桩为摩擦桩,因此剪力相差较大,达到6.8%。3. 在考虑桩土作用时未考虑桩身转动弹性刚度。模型修正桩土效应研究箱梁跨中内力对比表:工况(不考虑)轴力Fx 剪力Fy剪力Fz 扭矩Mx 弯矩My弯矩Mz 应力σ ( kN)(kN )(kN )(kN*m)(kN*m )(kN*m)( MPa) 113108.4961.202040.28983146-1500.7515.1211573.85101.401188.158461162769.2413.8311296.96101.402344.418461732769.2515.9工况(考虑)轴力Fx 剪力Fy剪力Fz 扭矩Mx 弯矩My弯矩Mz 应力σ ( kN)(kN )(kN )(kN*m
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