底梁式全直桩高桩码头结构优化研究

来源 :长沙理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:deng_95132
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底梁式全直桩高桩码头是一种新型的码头结构型式。为更好地实现其经济社会效益,对这种类型的结构进行优化就显得十分重要。传统的优化设计缺少理论做指导,设计者大都按照设计规范、经验,在已存在的码头设计方案上进行修改,计算内力值,进行强度、刚度和稳定性的校核,以此选出“最优”的方案。但这样的设计方案具有一定的局限性,理论上偏于保守。现代的设计优化方法应运而生,它结合了结构力学理论、计算机技术和数学优化算法,使设计者进行主动的设计控制,不再仅仅对结构进行校核验算,而有限元设计优化方法就是其中的一种。本文以某内河底梁式全直桩高桩码头为例,用ANSYS参数化语言建立有限元模型,应用线弹性的方法进行静力分析,得出各工况的内力值。按规范和设计的要求对荷载进行组合,发现经组合后的工况多达173225种,采用MATLAB软件对这些工况进行组合计算,整理出各构件的最不利荷载组合情况及相应的内力值,大大提高计算的准确性和效率。并选出前(后)排桩、靠船立柱等7种典型构件的工况组合,作为需要优化的构件。用ANSYS的OPT模块对码头结构进行优化,采用子问题法(Sub-Problem)的优化计算方法。以截面尺寸为设计变量,结构整体体积为目标函数,约束条件为主应力和最大位移条件。按构件的重要性,将7种典型构件在各自不利荷载组合下逐一优化。结果发现构件平均优化程度在10%左右,整体结构模型体积较原先结构减少了 14%,同时应力变大,平均变化率为8%在左右,但都在约束范围内,说明本模型确实有优化的空间。并且,此次优化设计的方法可为以后类似码头结构优化设计提供一个参考案例。
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