[發明專利]橋梁有限元模型的修正方法

在審

• 申請號: 201410363631.X
• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN104133959A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 吳朝霞;王立夫;胡立朋;邵元隆;李俞呈;樊紅
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京聯創佳為專利事務所(普通合伙) 11362
• 代理人: 郭防;劉美蓮

技術領域

本發明涉及一種橋梁有限元模型的修正方法，屬于橋梁有限元模型修正技術領域。

背景技術

橋梁作為交通運輸的關鍵點，在我們的日常生活中承擔著極其重要的角色。正是因為一座座橋梁的存在，使得全國的公路以及鐵路運輸網得以貫通，構成了四通八達交通運輸系統，橋梁對于城市交通的重要性也與日俱增。近幾年隨著我國經濟的飛速發展，我們國家在橋梁建設方面取得了巨大的成就，同時，橋梁工程又是關系到人民生命財產安全的工程，因此橋梁的健康情況需高度重視。但是，隨著橋梁服役期的增長，橋梁自身的內部機構、材料都會慢慢的發生變化，致使橋梁的承載能力降低。當這些的損傷積累到一定程度時，橋梁就可能發生事故。橋梁一旦發生重大事故，將會造成難以預估的損失。

面對橋梁坍塌所帶來的巨大損失，除了在橋梁的設計和施工時多加重視，橋梁的損傷預警也越來越受到關注。因為若能夠使得橋梁預警起到重要的作用，不僅能夠避免人員的傷亡，還能夠對橋梁的損傷及時修復，避免等到橋梁嚴重受損時修復所花費的巨大資金，如美國現有的橋梁中因為結構缺損或者陳舊急需修復所需資金大約有700億美元，我國每年也需要在橋梁維護中花費38億元才能使得橋梁正常工作。因此，利用橋梁有限元模型對橋梁的性能進行評估同時對特定荷載工況下的響應值進行預測并及時進行損傷預警，就能夠確保橋梁的安全使用，以減少不必要的損失，而橋梁有限元模型精度的高低決定了其是否可以實現上述目的。

現有的模型修正技術主要分為兩大類：一種是針對已建立的有限元模型結構進行局部的優化修正，一種是針對有限元模型的參數進行修正。前者主要是針對關鍵位置的有限元模型進行網格再劃分，增加關鍵部位的網格數量，這樣會增加有限元分析時的計算時間，如果建模過程中是嚴格按照橋梁的設計圖紙進行的，這種修正方法的修正效果不是很明顯。針對模型參數進行修正時分為基于動力信息(如橋梁結構的頻率、振興等)和靜力信息(如橋梁結構的位移和應變等)的修正。在過去近20年里，依據振動模態分析為核心的結構動態測試技術相當成熟，基于動力信息的動力有限元模型修正技術成為了國內為研究的熱點，然而這種修正技術有其局限性：動力信息數據容易受噪聲影響，經過動力信息修正的模型無法進行結構的靜力分析。因而用靜力信息對模型進行修正顯得尤為重要。

《土木工程報，2008(12)：73-78》公開了一種基于響應面的橋梁有限元模型修正方法；《振動.測試與診斷》2012年02期公開了一種基于MIGA的結構模型修正及其應用方法，二者采用響應面法分別將試驗設計和回歸分析方法以及多島遺傳算法(MIGA)應用到有限元模型中，對橋梁結構進行分析，但是其存在的缺點是：對于大型復雜的系統來說，精度一般，而且計算量比較大。另外，Sanayei，Masoud，Bell，Erin?Santini，Javdekar，Chitra?N，et?al.Damage?localization?and?finite-element?model?updating?using?multiresponse?NDT?data[J].Journal?of?Bridge?Engineering,2006,11(6):688-698公開了一種橋梁的多響應無損檢測技術的有限元分析方法，其將基于多響應數據結構損傷局部化的損傷指數作為最終的損害結果，該參數估計方法可用于多種數據類型，但是該方法也并不涉及針對靜力數據對初始有限元模型進行修正的內容，因此還需要進行進一步的探索。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種橋梁有限元模型的修正方法，它可以有效解決現有技術中存在的問題，尤其是現有的橋梁有限元模型修正方法的修正效率和修正精度較低的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：一種橋梁有限元模型的修正方法，包括以下步驟：

S1，通過通用有限元計算軟件ANSYS建立全橋的實體有限元模型；

S2，采用均勻設計法對該全橋的實體有限元模型進行一次修正。

優選的，步驟S2所述的采用均勻設計法對該全橋的實體有限元模型進行一次修正具體包括：

X1，選取目標函數Q(x)和待修正的參數變量X(如m個)；

X2，將每個參數變量的取值劃分為n個水平(所述水平的個數n根據工程要求的精度來確定)；

X3，根據均勻設計表及其使用表選取參數水平組合進行試驗(每次試驗即為一次有限元模型計算)；

X4，將每次試驗得到的靜力數據與實測靜力數據帶入目標函數和誤差指標函數中即得每次試驗的結果；