基于實數編碼遺傳算法的橋梁有限元模型修正方法

摘要：為克服傳統橋梁有限元模型修正迭代優化過程中存在的局部收斂和提高模型修正精度,提出了聯合實數編碼遺傳算法與靜動力實測數據的有限元模型修正方法;引入四邊形等參元理論和牛頓迭代法編制宏命令,實現有限元模型中車輛荷載的快速自動加載;基于結構有限元模型靜動力特性構造目標函數,以實數編碼遺傳算法為優化策略,采用MATLAB平臺建立了有限元模型修正框架;通過對一個簡支框架結構的數值模擬,對比了所提出優化方法與其他方法的收斂效率和修正結果,以驗證所提出方法的有效性;采用拉丁超立方體抽樣分析了有限元模型參數變化對橋梁動力響應的影響,以確定待修正參數,并采用所提方法修正了一座改建的空心板橋梁的實體有限元模型。分析結果表明:零階算法和一階算法對參數的敏感性和修正范圍依賴大,選用敏感性較小的參數或者參數修正范圍大于50%將會導致錯誤的修正結果;實數編碼遺傳算法對初始輸入不敏感,可避免局部收斂的情況;采用靈敏度分析得到的主要待修正參數有空心板彈性模量、現澆層彈性模量以及支座橫橋向和順橋向的約束剛度;修正后的空心板彈性模量增幅約為19.13%,現澆層彈性模量增幅約為16.00%,橫向約束剛度增幅約為46.21%,縱向約束剛度增幅約為72.72%,修正后的有限元模型的靜動力特性與實測響應吻合良好,各測點靜力響應誤差均小于4%,動力響應誤差小于3%。