考虑温度影响的曲线箱梁有限元模型修正

混凝土曲线箱梁桥温度效应分析p引言近年来随着高等级公路的修建和城市立交桥的建设需要,曲线箱梁桥在我国已被广泛采用,国内外对曲线箱梁桥的各种工程问题也越来越关注。

温度荷载的作用是造成曲线箱梁桥工程问题的主要原因之一[1,3,4,6]。

目前,计算温度荷载对曲线箱梁桥的影响主要是利用有限元的方法。

本文根据已有文献得出的在温度均匀升降的情况下温度载对曲线箱梁桥的影响,推导了单跨曲线箱梁在径向受到约束时受温度荷载作用产生的支反力及内力计算公式,进行实例计算,得出温度荷载产生的内力,通过对所得内力进行分析,提出工程设计与施工中需要注意的一些问题。

1单跨曲线梁桥温度荷载作用下的内力计算公式推导当桥梁整体均匀温度变化时,由于桥梁各纤维束属于自由变形,桥梁只在轴向以及径向发生位移,而且变形后横截面仍为一平截面,可知温度均匀变化引起的是桥梁平面内的变形和受力,温度应力引起的只是曲线梁弧段的伸长或缩短,圆心角不变,半径变化[2]。

1.1基本假定曲线梁按结构力学方法作为单纯扭转理论分析的基本假定为:1) 横截面各项尺寸与纵向梁长相比很小,可以将实际结构视为集中在梁轴线上的曲线形弹性杆件;2) 曲线梁变形后横截面的周边形状保持不变,不考虑畸变;3) 曲线梁的横截面变形后仍保持为平面,不考虑翘曲变形,即平截面假定;4) 曲线梁横截面的剪切中心和形心相重合;1.2温度荷载作用下曲线梁的变形如图1所示的单跨曲线梁桥,初始状态参数为半径r0,圆心角φ0,EIzz已知,材料热膨胀系数为α。

该桥梁结构在竖向属于超静定结构,而在平面内为静定结构,温度整体变化不会引起桥梁内力。

当桥梁整体升温Δt时,曲线梁将变为图1中所示的虚线部分。

由于此时为平面内变形,圆心角不变,半径变化,φ=φ0,r0→r,各系数之间的关系为:r=r0(1+ε),ε=αΔt(1)由图中所示可以求得梁端B的径向位移δR和轴向位移δN,他们的表达式为:(2)1.3平面内径向受到约束的单跨曲线梁的计算图1所示的桥梁在平面内为静定结构,曲线梁不受内力作用,但在实际工程中,由于为了限制桥梁的变形以及便于各种结构(变形缝等)的设置,曲线梁在径向时受到约束的。

探讨钢箱梁桥温度场有限元模拟及其敏感性国内对于桥梁温度场的研究早期多集中于混凝土箱梁，对于钢箱梁温度场的研究起步较晚，混凝土箱梁温度场的研究方法可对钢箱梁起到一定借鉴作用。

Emerson M在1976年夏季和1979年的冬季分别对混凝土桥、组合梁桥和钢桥进行了为期15天的连续温度监测，提出桥梁的有效温度概念，且给出相关的影响因素；并通过对实测数据进行分析，提出一种利用阴面温度的变化函数来评估混凝桥、组合梁桥和钢桥的每日有效温度的计算方法，并对其精确度的局限性进行了讨论[1-6]。

东南大学雷笑对一座具有100mm沥青铺装层的预应力混凝土箱梁桥进行了为期2年的温度监测，在实测数据的基础上采用统计分析的方法对混凝土箱梁的日照温差代表值進行了分析计算[7]。

华南理工大学陈家齐对湛江大桥施工过程中钢箱梁的温度分布进行监测，通过对温度监测数据进行回归分析，发现钢箱梁截面沿腹板高度方向温度分布呈非线性，并提出适用于湛江地区夏季钢箱梁的温度梯度模式[8]。

一、钢箱梁温度场有限元分析步骤（1）选定单元类型、设置材料属性由于钢箱梁钢板较薄，忽略钢板沿厚度方面的热传导，因此钢板选用SHELL57单元进行模拟。

SHELL57为4边形4节点单元，具有平面内传热能力的三维热壳单元，不具备沿单元厚度方向上的传热能力。

（2）钢箱梁模型及网格划分钢箱梁有限元模型网格划分单元尺寸为25mm。

（3）定义分析类型本节所进行的钢箱梁温度场分析为瞬态分析，在分析的时间段内外界大气温度和太阳辐射强度随着时间的变化而变化，因此将分析类型定为瞬态分析。

（4）施加温度荷载施加的温度荷载为初始温度、太阳辐射和对流荷载。

二、钢箱梁温度场敏感性分析2.1 大气温度对钢箱梁温度分布的影响晴天大气温度全天的温度变化具有较好的规律性，全天大气最低温度一般出现在早上6点左右，大气最高温度一般出现在下午14点半左右，因此桥梁结构的全天气温变化可采用正弦函数进行描述。

有限元模型修正技术
近代的工程结构越来越复杂，它们的设计必须依赖计算和实验的原始数据。

计算的成本低、速度快，还可以计算工程问题所可能遇到的各种情况，而实验特别是现场实验，必须在工程完工后才能进行，不仅周期长，耗资巨大，而且模型实验必须处理好相似关系。

对某些复杂的工程问题，相似关系很难严格满足。

用计算逐渐取代实验，或部分取代实验，这是工程界追求的目标。

近十几年来计算机可视化、虚拟现实、电脑智能化技术的发展，计算机在各个领域取代实验已有很大发展。

但对于复杂的实际结构，有限元模型的精度，受到许多因素的影响，如简化假定、边界条件的近似性、接头和耦合部件的不确定性、某些物理参数的误差等。

实践表明，有限元模型预测与实验结果之间往往存在明显误差。

有限元模型修正技术(或实验/分析模型相关)就是要充分利用结构实验和有限元分析两者的优点，用少量的结构实验所获得的数据对有限元模型进行修正，获得比较准确的有限元模型。

这样，就可能省掉一些大型结构实验，从而节省研制的费用和缩短研制的周期。

从工程应用的角度看，有限元模型修正技术是一种综合性很强的技术。

除了有限元模型修正技术本身的理论外，它还涉及到有限元的建模和计算、动力学实验技术和经验，以及计算机中的许多技术问题-如数据传递等。

有限元模型的修正对象可以分为两类：一类是有限元模型的刚度矩阵、质量矩阵、甚至阻尼矩阵中的元素;另一类是有限元模型的设计参数，包括物理参数与几何参数。

温度对桥梁模态的影响李成才摘要：桥梁健康监测中桥梁的固有频率是其主要的研究内容，而桥梁的运营环境对其固有频率的影响也是极其显著的，其中尤以温度影响最为广大学者所接受。

本文采用桥梁专用有限元计算软件MIDAS/Civil建立了鹤洞大桥的有限元计算模型，研究温度对其固有频率产生的影响。

关键词：温度；桥梁模态；MIDAS1绪论1.1国内外研究现状桥梁模态参数的识别主要有桥梁频率、模态阻尼和振型。

其中桥梁固有频率被用为桥梁健康监测中的主要依据。

而桥梁运营环境对桥梁频率的影响有时甚至大于桥梁损伤带来的影响，这就导致桥梁结构损伤较难识别。

桥梁运营环境中对桥梁模态影响的主要因素有温度、风、车辆荷载。

邓扬等【1】在对润扬大桥的研究中，分别考虑了环境温度、风、车辆荷载3种因素对润扬大桥频率的影响，利用修正的BP 神经网络建立桥梁频率与三种环境因素之间的相关模型得出温度、交通荷载、风速对桥梁频率产生的影响最大值分别为1.975%、0.262%、0.215%，平均值分别为1.175%、0.104%、0.163%，由此可知环境温度对桥梁模态频率的影响最为明显。

李爱群等【2】分析认为实际运营环境与桥梁固有频率有明显的相关性。

随着温度的改变斜拉桥模态频率有明显的变化，而风和车辆荷载对其影响并不明显。

Zhao和DeWolf【3】对两跨钢-混桥进行了监测分析，得出温度与桥梁频率呈现出负相关性的结论。

1.2温度变化对桥梁频率的影响机理对于大跨度结构，如斜拉桥、索桥、大跨度空间钢结构等，温度对结构动力参数的影响比较明显。

随着运营环境温度的变化必将引起结果内部温度的变化进而对桥梁模态频率产生影响。

影响机理主要由以下3个方面：（1）温度变化能够引起材料弹性模量的变化，随着弹性模量的变化进而引起桥梁频率的变化；（2）温度的变化引起结果边界条件的变化；（3）温度的不变化导致结构内部应力的变化；2 MIDAS有限元模型计算分析2.1广州市鹤洞大桥概况广州市鹤洞大桥是位于广州市海珠区和荔湾区之间的珠江后航道上，是连接海珠区与芳村区的主要交通枢纽工程，是上世纪九十年代中后期广州市跨江大桥中技术含量最高、跨度最大、工艺最复杂的一座双塔双索面复合斜拉桥。

温度变化对桥梁的影响摘要：本文以某铁路特大桥为背景阐述了温度变化对桥梁的影响，并采用不同的温度模式，利用大型有限元软件MIDAS-CIVL进行计算、分析，最后根据计算结果给出了解决温度对桥梁影响的措施。

关键词：铁路桥梁温度应力裂缝Abstract: this paper is based on the the project of a railway bridge. It presents the influence of temperature on the mechanic behavior of the project. Different temperature mode are adopted. Finite element models by MIDAS-CIVL are developed to take into analysis. Construction measures are proposed to solve the problem of temperature influence .Key word: railway, bridge, temperature, stress, crack1 概述桥梁结构以及施工工艺的特点，使其在高速铁路中广泛应用，尤其是在峡谷、河流、跨公路的地方桥梁几乎成为了跨越障碍唯一的结构形式。

然而桥梁投入使用之后，风力、温度等外界因素尤其是温度对桥梁的影响越来越受到设计、施工以及运营阶段保养与维修人员的重视。

国内外也有很多因为温度应力的影响而破坏的例子。

温度对桥梁的影响主要表现在横向、纵向位移的变化和梁体裂缝的出现，并且现在普遍认为温度应力已成为混凝土梁出现裂缝的主要原因之一。

因此，温度对桥梁的哪一部位影响较大并采取怎么样的措施就显得尤其重要2 温度场的主要影响因素及其分布特点2.1 外部因素混凝土在施工阶段，外界气温的变化影响是显而易见的。

因为外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高，而如果外界温度下降，会增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外界混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土是极为不利的。

梁式桥梁有限元模型建立与修正及在状态评估中的应用研究的开题报告一、题目：梁式桥梁有限元模型建立与修正及在状态评估中的应用研究二、研究意义和背景：近年来，世界上许多桥梁的年限已经接近了设计寿命，加之大气污染、自然灾害等因素的影响，桥梁的健康状态变得越来越受到关注。

在桥梁的设计、施工和使用阶段，对桥梁的状态进行评估，以便及时发现和解决各种问题，是非常重要的。

而现代结构工程中使用最为广泛的是有限元方法，对桥梁进行有限元模型的建立和修正，可以为之后的状态评估提供帮助。

然而，在建立和修正有限元模型时，往往会存在一些误差和偏差，这会导致状态评估结果的不准确和不可靠。

因此，有必要对梁式桥梁的有限元模型建立和修正进行深入研究，并探索其在桥梁状态评估中的应用。

三、研究内容：本研究拟围绕梁式桥梁的有限元模型建立和修正，以及在桥梁状态评估中的应用为主要内容，具体研究内容包括但不限于以下方面：1. 梁式桥梁的有限元模型建立方法，包括杆件单元和板单元的使用、节点分布和网格生成等方面的问题。

2. 梁式桥梁有限元模型的修正方法，包括传统修正和基于监测数据的修正方法。

3. 梁式桥梁状态评估方法，包括结构健康监测、激励响应分析和可靠度分析等方面的问题。

4. 基于梁式桥梁有限元模型的状态评估实例研究，包括模型建立、修正和状态评估的完整流程。

四、研究方法：本研究主要采用实验研究和理论研究相结合的方法，具体包括：1. 对已建造的梁式桥梁进行实际监测，获取其相应的响应数据。

2. 在有限元软件中建立梁式桥梁的有限元模型，并与实际监测数据进行对比，修正模型并评估修正效果。

3. 基于修正后的有限元模型，进行激励响应分析和可靠度分析，并对结果进行分析和解释。

4. 针对具体的梁式桥梁，通过整合前述实验和理论研究成果，构建其完整的状态评估体系。

五、研究预期成果：本研究预期可以达到以下目标：1. 建立基于杆件单元和板单元的梁式桥梁有限元模型建立方法，并提出调整和优化方案。

温度影响下基于布谷鸟算法的钢–混组合结构桥梁有限元模型修正黄民水;程劭熙;顾箭峰;卢海林【摘要】结构在日常服役的过程中反复承受变化的温度荷载,温度变化会导致材料弹性模量的变化,进而影响结构的刚度,相应结构的动力特性也会发生变化.本文在建立有限元模型时将温度作为材料参数函数的一个变量,并基于Matlab建立了I-40钢混组合结构桥梁有限元模型并计算其自振特性.同时利用布谷鸟搜索算法(Cuckoo Search)在考虑温度对结构材料参数的影响下对有限元模型进行了修正.修正后的结构模态参数与实验数据吻合良好,最大频率误差小于2％,模态置信准则MAC值均在95％以上,修正后的有限元模型可作为后续结构损伤识别的基准模型.【期刊名称】《土木工程与管理学报》【年(卷),期】2018(035)006【总页数】5页(P107-110,130)【关键词】温度影响;模型修正;组合结构桥梁;布谷鸟算法【作者】黄民水;程劭熙;顾箭峰;卢海林【作者单位】武汉工程大学土木工程与建筑学院,湖北武汉 430073;武汉工程大学土木工程与建筑学院,湖北武汉 430073;武汉工程大学土木工程与建筑学院,湖北武汉 430073;武汉工程大学土木工程与建筑学院,湖北武汉 430073【正文语种】中文【中图分类】U442利用有限元建模分析桥梁性能已成为目前研究工作的主流方法，但在振动测试中，试验结果与有限元分析结果往往存在一定误差。

材料的物理参数与结构尺寸一般为一个定值，但结构在日常使用中，环境因素的变化往往会引起结构的材料属性与几何参数的改变，进而导致理论分析结果与试验结果之间存在一定的误差[1～5]。

当误差超出工程需要所能容许的范围，就需要进行结构模型修正，以缩小试验数据与理论分析之间的误差。

然而，在有限元模型修正过程中，如果不考虑温度因素，修正后的有限元模型将不能反映温度因素的影响，因此有必要保证材料参数与结构几何尺寸都具有物理意义的前提下得到一个相对精准的有限元模型。

有限元模型修正技术有限元模型修正技术是一种改进有限元分析模型的新型技术。

它旨在使用一些有限元数据来提供更准确的分析结果，从而更好地满足工程应用的要求。

有限元模型修正技术的核心思想是：通过对有限元模型进行深入分析、更新、修正和优化，可以获得更准确的分析结果。

本文将重点讨论有限元模型修正技术的实现过程，主要包括三个部分：1. 模型评估；2. 模型修正；3. 模型验证。

1. 模型评估：有限元模型修正技术的实现过程始于模型评估。

首先，根据工程应用的要求，使用相关的软件将复杂的物理结构建模成有限元模型。

然后，对该有限元模型进行评估，包括但不限于精度评估、稳定性评估、弹性模量评估、粘弹性模量评估、拉伸模量评估等。

这些评估结果将为有限元模型的修正和优化提供基础信息。

2. 模型修正：根据上述评估结果，对有限元模型进行必要的修正，以提高分析结果的准确性。

这些修正可以分为两类：一类是基于数学分析的修正，主要是通过改变模型中的参数，如单元形状函数、位移函数、应力函数等；另一类是基于实验测试结果的修正，主要是通过改变材料参数，如弹性模量、泊松比等。

3. 模型验证：在有限元模型修正完成后，应对修正后的模型进行验证，以确定模型的准确性。

这种验证可以采用两种方法：一种是与实际测试结果进行比较；另一种是与其他有限元模型进行比较。

如果模型的验证结果达到要求，则说明有限元模型修正技术的实施成功，可以得到更精确的分析结果。

总之，有限元模型修正技术是一种改进有限元分析模型的新型技术，它旨在通过数学分析和实验测试，使用一些有限元数据来提供更准确的分析结果，从而更好地满足工程应用的要求。

它的实施过程包括模型评估、模型修正和模型验证三个部分，只有经过这些步骤，才能获得更准确的分析结果。