拱桥的主要受力构件为主拱圈,而主拱圈的内力分布和拱轴线形状密切相关。根据拱上建筑的布置情况选择合理的拱轴线,尽可能地减小主拱圈弯矩,使主拱圈主要受压以充分利用材料的抗压性能。通过优化分析使得拱轴线与结构压力线尽可能的吻合,从而减小主拱圈弯矩。本文结合桥梁结构优化分析方法,针对基于无铰拱模型拱桥拱轴线优化在拱脚优化效果不好的情况,提出基于对应两铰拱模型的拱桥拱轴线优化方法。以某下承式钢管混凝土拱桥为工程背景,运用ANSYS有限元软件和MATLAB程序实现拱桥拱轴线优化。首先,选择合适的有限元单元对钢管混凝土拱桥拱肋、纵梁、横梁、吊杆、系杆、风撑、墩柱等进行模拟,并分析在结构自重荷载作用下拱桥的内力分布以及挠度情况。其次,以拱肋各节点的纵坐标为设计变量,运用ANSYS中APDL参数化建立拱桥对应的两铰拱模型。在优化模块中设置优化三大变量,拱肋各节点的纵坐标为设计变量,拱肋应力与最大挠度值为状态变量,拱肋的弯曲应变能为目标函数。选择一阶方法搜索目标函数最优解。提取优化分析后弯曲应变能最小时的拱肋各节点的坐标,由于这些点的连线为折线,所以运用MATLAB程序编写四次抛物线拟合程序对该系列离散点进行拟合。将拟合后的光滑曲线作为优化后的拱轴线,对拱桥的内力分布以及挠度情况进行分析。最后,在拱桥无铰拱模型基础上进行拱轴线优化,设置与基于对应两铰拱模型的拱桥拱轴线优化相同的三大变量和优化方法。同样提取弯曲应变能最小时拱肋各节点坐标,通过四次抛物线拟合可得新的拱轴线,并以此拱轴线分析拱桥内力分布以及挠度情况。对这三种情况下钢管混凝土拱桥拱肋的内力、挠度以及弯曲应变能的变化情况进行对比分析。通过对内力和挠度的分析,关于跨中正弯矩,两种情况优化效果相差不大,而对于拱脚负弯矩的优化,基于对应两铰拱模型的拱轴线优化效果明显更好。结果表明基于对应两铰拱模型的拱桥拱轴线优化可以有效减小拱肋弯矩,并且比基于无铰拱模型拱桥拱轴线优化效果更好。根据弯曲应变能与自变量、优化次数的关系分析,基于无铰拱模型拱桥拱轴线优化过程中弯曲应变能先增大后减小,而基于对应两铰拱模型的拱桥拱轴线优化弯曲应变能一直减小且降幅更大。综上所述,基于对应两铰拱模型的拱桥拱轴线优化可有效避免拱脚负弯矩带来的不利影响,能有效地减小拱肋弯矩、挠度以及弯曲应变能,该方法有良好的可行性和实用性。