基于响应面法和ARO算法的桥梁有限元模型修正

作     者：杨宏印 姜良维 顾箭峰 曹鸿猷 吴楠昊 YANG Hongyin;JIANG Liangwei;GU Jianfeng;CAO Hongyou;WU Nanhao

作者机构：武汉工程大学土木工程与建筑学院湖北武汉430073 桥梁智能与绿色建造全国重点实验室湖北武汉430034 武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070 

出 版 物：《重庆交通大学学报（自然科学版）》 (Journal of Chongqing Jiaotong University(Natural Science))

年 卷 期：2024年第43卷第9期

页      面：9-17页

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52178301,51708429) 湖北省建设科技计划项目(2023011) 东南沿海工程结构防灾减灾福建省高校工程研究中心开放课题项目(2022009) 武汉市城建局科技项目(202359) 

主　　题：桥梁工程 变截面连续刚构桥 有限元模型修正 F检验法 响应面法 静动力联合修正法 

摘      要：针对桥梁结构模型修正过程中计算量大、全局寻优难等问题,提出一种基于响应面法和人工兔优化算法(artificial rabbits optimization, ARO)的桥梁有限元模型修正方法。该方法通过F检验法明确对结构响应影响显著的参数并建立响应面模型作为桥梁有限元模型的代理模型进行迭代计算,然后通过静动力联合修正法基于特征响应的响应面模型计算值和试验值构建目标函数,并通过人工兔优化算法对目标函数进行迭代计算进而获得精确的有限元模型参数。采用该方法对变截面连续刚构黄河特大桥有限元模型进行修正,结果显示:基于显著性分析结果建立的桥梁响应面模型相关系数大于0.98,且平均绝对误差低于0.05;模型修正后主梁关键截面竖向位移最大相对误差由32.97%降至5.72%,平均相对误差由20.67%降至3.61%,桥梁前3阶竖向自振频率平均相对误差仅为0.18%。可见,采用所提方法修正的模型能用于评价桥梁结构实际受力性能。