基于反馈控制与神经网络的非对称悬索桥上部结构关键技术研究

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悬索桥以其跨越性能好的优点成为诸多大型桥梁的首要选择,受桥址环境、经济性、美学性多方面的影响,国内出现了越来越多的非对称悬索桥,该类桥梁受力响应的不对称问题给上部结构施工精细化控制带来一定困难,而目前国内外学者针对不对称悬索桥上部结构的施工控制问题研究较少,因此有必要进一步深入研究。本文选取属于两跨非对称悬索桥的白沙长江大桥为依托工程,基于反馈控制与神经网络对主缆长度计算、空缆线形计算、主梁吊装方案进行关键技术的研究并提出相关控制措施,具体研究如下:(1)建立了悬索桥索鞍与主缆单元交点处的几何模型,推导出主缆各索股在主索鞍、主缆单元交点处的无应力长度修正公式以修正主缆各索股无应力长度的有限元计算结果;编写求解程序,基于MATLAB实现两跨非对称悬索桥散索鞍处各索股平、竖弯切点空间坐标以及索股长度的高效求解,再将自编程序与MIDAS/CIVIL有限元模型相结合,根据现场主缆实测参数进行反馈计算得到主缆各索股无应力长度精确值。(2)针对有限元模型主缆单元在索鞍处模拟失真的问题,提出以中心索股精确计算结果为基础对有限元索鞍处主缆单元进行细部模拟这一思路,得到主缆线形精度提高的修正模型,并用以后续的反馈控制工作。(3)采用单因素法对完成主缆修正的有限元模型分别进行主缆容重、主缆弹性模量、温度、主塔塔偏、主塔预抬五个因素的敏感性分析,并根据敏感性分析结果选取主缆施工控制中的重点关注对象。(4)对主缆施工过程中所获取的空缆线形影响因素监测数据进行高斯拟合得到相应的概率密度函数,结合等水平正交试验设计出BP神经网络模型的训练样本,在此基础上通过机器学习建立白沙大桥空缆BP神经网络模型,该模型依靠数值驱动,计算高效、结果精确,适用于分析悬索桥空缆线形受误差影响这一不确定性问题。(5)基于空缆线形影响参数的实际监测值,利用BP神经网络模型计算出空缆线形,并以该计算结果为控制目标迭代修正有限元模型,最后结合主梁实际称重完成索夹放样、吊索无应力长度的反馈控制计算。(6)利用有限元进行主梁吊装模拟,得出既满足现场施工条件又保障主塔结构安全的最优吊梁顺序,并根据主梁实际称重以及修正模型制定相应的顶推方案;选取最不利位置处的索夹,进行吊梁中的索夹螺杆张力损失计算以判定其是否需要补张,并提出索夹螺杆张拉优化工艺以指导施工。
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