随着结构健康监测系统在大跨度桥梁上的应用,桥梁结构的有限元建模与分析越来越引起重视,研究大跨度桥梁结构的安全健康监测与损伤评估和进一步静力学分析、动态响应分析、结构优化设计,建立桥梁的三维精确有限元模型是十分重要的。本文以大跨度钢箱式悬索桥为研究对象,通过参数化建模的方法,建立了悬索桥有限元模型,同时通过静力分析和模态分析得到的结果与实测数据的比较,验证了模型的准确性。动态载荷的作用是桥梁设计和管理中所考虑的重要的因素。近2O年以来,围绕桥梁的动态载荷响应的研究进展很快,尤其在悬索桥的移动载荷的模拟、车辆响应,风振、地震响应以及塔的稳定性等方面,这些都是设计者和研究人员共同关注的内容。因此本课题在有限元模型的基础上提出了悬索桥在车辆载荷作用下的响应分析和加劲梁结构优化的思路和方法。通过大量的分析、计算和试验,本课题完成的主要工作可归结为如下几部分:(一)推出并建立正交异性桥面板的钢箱梁有限元模型,它比传统的“脊骨梁”模型更能准确描述钢箱梁的总体及局部性能,这样既达到简化模型的目的,又保证了较高的精度,为后续的研究工作打下了基础。(二)以正交异性桥面板的钢箱梁悬索桥为研究对象,进行了移动载荷的响应分析,它清楚地展现了整桥结构的响应特点。(三)以结构重量(体积)为优化目标,对加劲梁的形状、尺寸关系进行结构优化的方法,在保证加劲梁有足够的抵抗外界动载的强度和刚度的前提下,达到经济、节能的目的。(四)文章以虎门悬索桥为例,采用参数化建模的方法,建立了该桥的整桥有限元模型。在模型的基础上重点对该桥进行了模态分析、移动载荷的响应分析和加劲梁的优化设计。与现有资料中虎门桥的实测数据比较,进一步说明了本文研究方法的正确性和实用价值。最后通过对同类悬索桥模型的有限元分析和动态应力测试实验结果对比,进一步证明了建模方法的正确性,并得出悬索桥结构的响应规律。