悬浇拱有限元模型分节段实时的不确定性修正

田仲初; 张伟; 蔡岳; 林乐鑫; 杨一科

沈阳工业大学学报 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (03) : 398 -408.

田仲初, 张伟, 蔡岳, 林乐鑫, 杨一科

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摘要

【目的】悬臂浇筑混凝土拱桥施工过程中存在诸多不确定性因素（如材料性能、施工技术、环境条件等）,可能会导致初始有限元模型与实际结构存在偏差。为了确保有限元模型能够精准地模拟施工过程，对其进行修正至关重要。传统模型修正方法未能充分考虑实际结构中存在的不确定性问题，导致修正模型仍可能与实际情况不一致。因此，本文以贵州锡绣特大桥和清水江特大桥为工程依托，对其进行了分节段施工不确定性模型的有限元修正研究。【方法】采用响应面法对悬浇拱桥施工期的结构参数进行敏感性分析，以减少非敏感性参数对不确定性模型修正结果的影响。基于所识别敏感参数，利用Design Expert软件中的中心复合试验设计模块获取某一节段的响应面替代模型，进一步引入具有能量化参数不确定性的区间分析法与能够获得更精确解区间的仿射算法来构建仿射-区间响应面函数，利用粒子群算法对该函数进行区间优化求解，并将所修正的参数区间用于下一节段模型修正。【结果】敏感性分析结果表明，拱圈节段容重、扣索索力和锚索索力是显著影响施工过程中控制性结构响应的敏感参数。锡绣特大桥主拱圈0^#、1^#节段的不确定性模型修正结果表明，修正参数区间相较于初始区间显著缩小，修正后的模型结构响应更接近实测响应。对比分析了锡绣特大桥和清水江特大桥不确定性模型修正前后的参数区间和结构响应后发现，两者主拱圈节段修正参数区间较初始区间均有显著减小，且与实测参数区间较为接近。此外，修正后的有限元模型在当前及后一节段的结构响应与实测值更为吻合，验证了该方法在不确定性模型修正中的适用性和有效性。【结论】基于响应面法所识别的悬浇拱桥施工期敏感性参数能够有效地实现不确定性模型的修正。仿射-区间响应面法在斜拉扣挂悬浇拱桥分节段施工的不确定性模型修正中切实可行，修正后的模型不仅能够更真实地反映该节段的结构响应，也能更好地预测下一节段的结构响应，从而为后续施工阶段提供更精准的指导，确保实际工程结构的安全性、可控性。