发布时间 : 星期一 文章基于神经网络算法的大型刚构拱桥有限元模型修正 - 图文更新完毕开始阅读
武汉理工大学硕士学位论文
目录
摘要 ...............................................................................................................................1 Abstract ........................................................................................................................3 目录 ...............................................................................................................................5 第一章 绪论 .................................................................................................................1
1.1 梁拱组合体系桥的历史沿革 .........................................................................1 1.2 梁拱组合体系桥型的性能与特点 .................................................................2 1.3 连续刚构拱桥的有限元模型修正研究现状 .................................................3 1.4 本文的主要工作 .............................................................................................5 第二章 汉江五桥初始整体有限元模型计算分析 .....................................................6
2.1 工程背景及有限元建模 .................................................................................6 2.2 关于建立整体有限元模型的几个关键因素探讨 .........................................8
2.2.1 拱肋梁单元与板单元的对比 ...............................................................8 2.2.2 成桥状态吊杆力优化 .........................................................................14 2.2.3 桩土效应 .............................................................................................21 2.3 本章小结 .......................................................................................................26 第三章 拱脚构造复杂部位局部有限元模型计算分析 ........................................... 27
3.1 有限元模型的建立 ................................................................................ 27 3.2 计算结果分析 ........................................................................................30 3.3 本章小结 ............................................................................................... 44
第四章 基于成桥荷载试验的襄阳汉江五桥有限元模型修正 ...............................45
4.1 荷载试验目的及内容 ...................................................................................45
4.1.1 试验测点 ............................................................................................. 47 4.1.2 试验内容 .............................................................................................45 4.1.3 车辆荷载加载原则 ............................................ 错误！未定义书签。 4.1.4 挠度测试结果对比 ............................................................................. 47 4.2 基于神经网络算法的有限元模型拱脚节点刚域范围修正 .......................49
4.2.1 基于模型修正的结构参数因素探讨 .................................................53
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4.2.2 拱脚部位节点刚域长度探讨 .............................................................56 4.2.3 考虑弹性模量因素的节点刚域长度修正 .........................................62 4.3 脉动试验对神经网络修正数据的修正 ...................... 错误！未定义书签。
4.3.1 脉动试验对于建模方式以及结构边界条件的考察错误！未定义书签。
4.3.2 脉动试验对材料弹性模量的修正 .................... 错误！未定义书签。 4.3.3 挠度修正最终结果 ............................................ 错误！未定义书签。 4.4 本章小结 ....................................................................................................... 67 第五章 总结与展望 ...................................................................................................68
5.1 总结 ..............................................................................................................68 5.2 展望 ..............................................................................................................69 致谢 ............................................................................................ 错误！未定义书签。 参考文献 ..................................................................................................................... 70 攻读学位期间发表的论文 ........................................................ 错误！未定义书签。
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第一章 绪论
1.1 梁拱组合体系桥的历史沿革
在我国，拱桥发展历史悠久，形式多样。拱桥不但形式优美，而且结构坚固，有的存在历史长达上千年。例如河北赵县的赵州桥，北京附近的卢沟桥等，这些桥梁都以其美观的造型，珍贵的科学价值而留名史册。近年来，由于传统拱桥的施工方式的落后，导致其逐渐失去竞争力，取而代之的预应力连续梁桥得到了迅猛发展。桥梁设计理论的革新，手段的进步，使得悬臂施工、转浇注等先进的施工方法被应用到工程当中来，并且由于性能优良的劲性钢骨架以及钢拱肋等新形式结构部件得到大量的采用，从而诞生了梁拱组合体系桥型。 梁拱组合桥型既有拱桥的特点，又有梁桥的特点。梁桥以受弯为主的主梁作为结构的主要承重部件，整个体系无水平反力，仅承受竖向荷载。拱桥主要由拱圈承担竖向荷载，由于构造的特点，拱圈自身产生的作用反力与荷载相抵消，所产生的水平推力需要下部主梁承担[1]。在梁拱组合桥中，桥面荷载由承压为主的拱肋与受弯为主的箱梁共同承担，有效利用了梁与拱肋的结构特点，从而达到了用料节省和维持地基稳定的设计要求[2]。
由于兼备传统梁桥与拱桥各自的桥型特点，因此梁拱组合体系桥具有造型美观、结构合理、经济节约等诸多优点[3]。最初产生的梁拱组合桥型为下承式钢梁拱组合桥，例如加拿大温哥华的波特曼桥(Port Mann Bridge)、美国波特兰的弗里蒙特桥(Fremont Bridge)、德国费马恩大桥(FehmarnSund Bridge)等都是早期建成的钢梁拱组合桥。梁拱组合体系桥在我国的发展起步于上世纪三、四十年代，1927年上海建成的定海路桥，1934年广东建成的梅州梅江桥，均为跨径在20-30米的钢筋混凝土梁拱组合桥。
建国初期我国修建的梁拱组合桥仍主要保持在50 米以下的小跨径范围内，进入八、九十年代，得益于预应力技术与工艺的更新，相继出现了各种新形式的梁拱组合桥型，例如上承连续拱梁组合式、中承连续拱梁组合式等桥型，并且出现无横撑、单片拱肋、斜吊杆、异形等形式多变的结构构件，这些创新都极大地丰富了梁拱体系桥的形式。例如2010年建成的泉州市田安大桥，桥跨布
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置共260米，是主跨跨度为国内同类型桥梁最长的上承式钢结构梁拱组合桥；2009年建成的重庆朝天门大桥，全长1741米，为三跨连续中承式钢桁架系杆拱桥，主跨552米，是目前世界上跨度最大的拱桥；2003年建成的上海卢浦大桥全长3900m，主桥长750m，主桥面宽28.7m，桥下净高46m，主桥的巨型钢拱长550米，被誉为“世界第一钢拱桥”。卢浦大桥为中承式系杆拱桥桥型，依靠结构内部系杆力与拱推力相互抵消，从而减轻了桥身承载负担，极大地凸显出梁拱组合桥型的优势[4]。
下承式拱桥 中承式拱桥 上承式拱桥 由于技术上的突破，拱梁组合体系不再仅限于悬臂梁拱组合桥，系杆拱桥体系等，连续梁拱组合体系应用甚广。例如2007年建成的宜昌长江铁路大桥，大桥全长2446.82米，连续刚构部分跨径275米，采用预应力混凝土连续刚构与钢管混凝土柔性拱组合桥式结构。该桥型梁拱共同受力，拱的水平推力与梁的轴向拉力相互平衡，使拱与梁在受力方面的优点得以充分发挥[5]，其桥型与跨度在世界同类桥型中均处于领先地位。同类桥型还有2005年建成的连续梁钢管混凝土拱组合结构的拉萨河特大桥，2007年建成的京津城际北京环线特大桥，2013年建成的采用钢桁架柔性拱新技术的榕江特大桥等。
1.2 梁拱组合体系桥型的性能与特点
作为组合结构体系，刚构拱桥以强大的刚度为和主梁刚性连接的拱肋提供支承。梁拱组合体系桥由于在受力方面的合理安排，从而使结构同时具有良好的荷载承受能力和美观大方的外观造型。
梁拱组合桥由上部结构和下部结构两大部分组成，拱肋主要作为活荷载承重构件，不仅承受较大的轴向压力，并且会承受一定的弯矩，属于偏心受压构件。吊杆是将行车道荷载传递给拱肋的构件，主要为轴心受拉构件。
连续梁拱组合桥梁的外部支承条件与连续梁桥的基本一致，表现为连续梁桥的受力特征，支座仅承担竖向力[6]。在连续梁拱体系桥中，大部分的永久荷载不引起水平推力。主梁自重大部分由箱梁自身承担，外部荷载由箱梁与拱肋共
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