论文部分内容阅读
桥梁的设计建设需因地制宜,对于不同地区的不同建设要求,四种传统基本桥型(梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥)常常难以做到直接满足,具有一定的适用范围局限性。为满足桥梁结构多样化的建设需求,将多个基本桥型组合形成新的协作体系成为一种直接有效的解决方式。斜拉-连续协作体系由斜拉桥和连续梁桥组合而成,不仅能够提高桥梁跨越能力,优化结构整体性,美化结构型式,还丰富了桥梁结构类型,是一种具有一定创新性的新型组合桥梁结构。本文以广州市某拟建桥梁为背景,对斜拉-连续协作体系的结构特性进行分析,并结合智能优化算法和有限元数值模拟方法,对斜拉结构合理成桥状态索力优化方法展开研究,具体工作如下:
(1)简要阐述了全文所依托的背景工程和研究对象,总结斜拉-连续协作体系桥梁与常规单体系桥梁的异同点,对斜拉-连续协作体系进行简易分析,定性理解结构特点。
(2)建立拟建桥梁的有限元计算模型,探讨联合截面和双单元模型建模的异同点,提出采用梁截面温度定义联合截面整体升降温的模拟方法,为有限元温度模拟提供了一种新思路;根据该结构体系的受力特点,结合斜拉-连续协作体系和常规斜拉桥的有限元模型,对比分析了该体系的静动力力学行为,探讨两种结构体系的优缺点。
(3)采用有限元和理论分析相结合的研究方法对拟建桥梁工程进行参数分析。综合考虑梁塔抗弯刚度比和斜拉索轴向刚度的影响,对无索区长度进行了较为完整的分析,并给出了无索区长度较为合理的取值范围;分别选取梁塔抗弯刚度比、塔跨比、辅助体刚度以及斜拉索轴向刚度,对斜拉-连续协作体系进行参数分析,获得各参数对桥梁结构的影响规律。采用影响系数的概念,得到各参数对结构的影响程度,为该拟建桥梁工程和类似桥梁的设计与优化提供参考。
(4)以斜拉-连续协作体系桥塔和主梁弯曲能之和最小为目标,建立二次规划数学模型,利用智能优化算法(粒子群算法、人工鱼群算法、全局版人工鱼群算法、优化的全局版人工鱼群算法)来确定斜拉-连续协作体系的合理成桥状态。采用粒子群算法对全局版人工鱼群算法进行优化,优化后的新算法收敛速度和计算精度均有所提升,并以此作为索力优化的计算核心,对斜拉-连续协作体系进行索力优化计算;探讨各算法在索力优化问题中的性能表现,研究表明:相较于其他优化算法,优化后的全局版人工鱼群算法,其稳定性、可靠性、计算精度和计算效率均得到有效提升。在此基础上,对各智能优化算法和无约束最小弯曲能法所确定的成桥状态进行比较分析,结果表明各智能优化算法所求得的成桥状态差异较小,智能优化算法和无约束最小弯曲能方法所求的成桥受力状态相近,但智能算法优化所得的成桥状态主梁线形更为平顺。同时,以优化后的全局版人工鱼群算法作为计算核心,开展了约束条件改变对结构成桥状态影响的分析。采用智能优化算法优化结构合理成桥状态,可以避免人为调索的盲目性和随意性,可为合理施工状态提供可靠的理论目标,为拟建桥梁工程和类似桥梁的设计和优化提供一种简便、可靠、高效的优化方法。
本文从背景工程结构整体出发,进行了上述研究分析,研究方法与所得结论主要为拟建桥梁工程的设计建设提供参考,同时,为类似桥型的研究发展贡献力量。
(1)简要阐述了全文所依托的背景工程和研究对象,总结斜拉-连续协作体系桥梁与常规单体系桥梁的异同点,对斜拉-连续协作体系进行简易分析,定性理解结构特点。
(2)建立拟建桥梁的有限元计算模型,探讨联合截面和双单元模型建模的异同点,提出采用梁截面温度定义联合截面整体升降温的模拟方法,为有限元温度模拟提供了一种新思路;根据该结构体系的受力特点,结合斜拉-连续协作体系和常规斜拉桥的有限元模型,对比分析了该体系的静动力力学行为,探讨两种结构体系的优缺点。
(3)采用有限元和理论分析相结合的研究方法对拟建桥梁工程进行参数分析。综合考虑梁塔抗弯刚度比和斜拉索轴向刚度的影响,对无索区长度进行了较为完整的分析,并给出了无索区长度较为合理的取值范围;分别选取梁塔抗弯刚度比、塔跨比、辅助体刚度以及斜拉索轴向刚度,对斜拉-连续协作体系进行参数分析,获得各参数对桥梁结构的影响规律。采用影响系数的概念,得到各参数对结构的影响程度,为该拟建桥梁工程和类似桥梁的设计与优化提供参考。
(4)以斜拉-连续协作体系桥塔和主梁弯曲能之和最小为目标,建立二次规划数学模型,利用智能优化算法(粒子群算法、人工鱼群算法、全局版人工鱼群算法、优化的全局版人工鱼群算法)来确定斜拉-连续协作体系的合理成桥状态。采用粒子群算法对全局版人工鱼群算法进行优化,优化后的新算法收敛速度和计算精度均有所提升,并以此作为索力优化的计算核心,对斜拉-连续协作体系进行索力优化计算;探讨各算法在索力优化问题中的性能表现,研究表明:相较于其他优化算法,优化后的全局版人工鱼群算法,其稳定性、可靠性、计算精度和计算效率均得到有效提升。在此基础上,对各智能优化算法和无约束最小弯曲能法所确定的成桥状态进行比较分析,结果表明各智能优化算法所求得的成桥状态差异较小,智能优化算法和无约束最小弯曲能方法所求的成桥受力状态相近,但智能算法优化所得的成桥状态主梁线形更为平顺。同时,以优化后的全局版人工鱼群算法作为计算核心,开展了约束条件改变对结构成桥状态影响的分析。采用智能优化算法优化结构合理成桥状态,可以避免人为调索的盲目性和随意性,可为合理施工状态提供可靠的理论目标,为拟建桥梁工程和类似桥梁的设计和优化提供一种简便、可靠、高效的优化方法。
本文从背景工程结构整体出发,进行了上述研究分析,研究方法与所得结论主要为拟建桥梁工程的设计建设提供参考,同时,为类似桥型的研究发展贡献力量。