斜拉桥索力优化实用方法

合理确定成桥索力是斜拉桥设计中一项十分重要的工作,而目前设计实践中对此存在不同认识.对现有斜拉桥索力优化理论进行评述,认为索力优化的影响矩阵法在理论上最为完善.为便于在设计实践中推广,基于索力优化的影响矩阵法原理,提出一种斜拉桥成桥索力优化的实用方法,并从理论上加以证明,实践上得到检验.实用方法可以方便地进行斜拉桥成桥索力优化,并能实现多种优化方案比选,尤其适用于初步设计阶段.     

基于改进帝国竞争算法的大跨斜拉桥成桥索力优化

为了确定大跨斜拉桥成桥索力,综合考虑成桥状态大跨斜拉桥的受力和变形特点,建立大跨斜拉桥成桥索力优化的数学模型.从计算精度和收敛速度两方面对帝国竞争算法进行改进,提出一种改进的帝国竞争算法.采用改进的帝国竞争算法,结合罚函数技术和有限元法求解索力优化模型,实现了斜拉桥成桥索力的改进帝国竞争算法优化计算.最后,采用提出的索力优化方法对某大跨斜拉桥进行索力优化研究.研究结果表明:提出的索力优化方法具有很好的全局搜索能力,能够有效地解决高维多变量的大跨度斜拉桥成桥索力的优化问题;采用该方法进行斜拉桥索力优化,可考虑各种非线性效应,从而可获得更合理的成桥状态.     

基于ANSYS的大跨度斜拉桥非线性成桥索力优化研究

将有限元计算与优化设计分析相结合,在索力变化对结构响应和目标函数敏感性分析的基础上,综合考虑结构内力、线形控制条件,提出一种全过程计入结构几何非线性影响的大跨斜拉桥合理成桥索力优化方法,采用一阶分析法对成桥索力进行迭代优化.基于ANSYS的优化分析模块,对一大跨斜拉桥成桥索力进行了计算,验证了方法的正确性和有效性.     

预应力效应对无背索斜拉桥索力优化的影响分析

无背索斜拉桥成桥状态结构内力和线形的确定是斜拉桥设计和施工过程中的重要程序,成桥状态的合理性是保障无背索斜拉桥结构安全、适用和经济的重要前提。针对预应力混凝土无背索斜拉桥在考虑和不考虑预应力效应的情况下,采用基于影响矩阵的未知荷载系数法,在对主梁和桥塔特定截面位移约束的条件下,对全桥结构进行索力优化并分析结构受力状态。分析结果表明,预应力效应对无背索斜拉桥索力优化和结构受力有较大影响,在实际无背索斜拉桥结构分析中不能忽略预应力效应对全桥结构索力优化的影响。     

斜拉桥成桥及施工阶段的索力优化

为了在斜拉桥成桥过程中合理优化施工索力,以期实现设计思想,利用MIDAS/Civil软件对在建的某斜拉桥进行了有限元分析,实现了对该桥成桥阶段和施工阶段的索力模拟计算.分别采用刚性支承连续梁法、零位移法、弯曲能量最小法确定恒载初始索力,并对这些方法加以比较;认为仅用上述的一种方法对索力进行优化,局限性很大,提出利用综合法计算成桥索力,可达到满意的优化效果.采用正装分析法对各施工工况进行仿真,绘制出施工阶段的索力时程曲线,用于该桥施工控制过程,获得了满意效果.     

桁式钢管混凝土系杆拱桥拱轴线及吊杆索力优化

目前，针对桁式拱系杆拱桥拱轴线形和吊杆索力优化研究相对单一，为得到下承桁式钢管混凝土系杆拱桥的最佳成桥状态,对拱轴线形和吊杆索力进行一体优化。通过基于影响矩阵的最小结构体系应变能原理对吊杆索力进行优化,并利用Matlab中无约束优化算法进行求解；采用桁式拱肋主管偏心距最小法对拱轴线进行优化。经过迭代计算,得到一组满足偏心距阈值的无约束优化吊杆索力和拱轴线形。结果表明：优化后的吊杆索力较优化前更加均匀且均有不同程度的减小,短吊杆索力减小近30%,其抗疲劳性能得到大幅提高；成桥状态下主拱受力良好,上、下弦杆的跨中弯矩小且均匀,轴力值有所降低；优化后主梁端部截面弯矩值有所增大,轴力值基本不变,优化效果不明显；主拱上、下弦杆钢管和混凝土截面分配应力均小于材料承载力,均符合规范要求。     

基于MOPSO算法的双塔斜拉桥合理状态确定

为解决斜拉桥合理成桥状态与合理施工状态确定问题,针对某双塔叠合梁斜拉桥,采用MOPSO优化算法对其施工阶段索力进行了优化,利用Python编程语言结合有限元软件编制了基于该算法的索力自动优化程序,选取塔、梁最小弯曲应变能及主塔成桥线形为优化目标,以结构施工过程及成桥后处于安全状态和斜拉索索力总体分布均匀作为约束条件。优化结果表明,该方法能够快速搜寻得到多个优化结果,可供决策者进一步比选得到最优解;优化后的结构受力状态和主塔成桥线形合理,索力分布较为均匀,避免了成桥后的二次调索工作;并确定了双塔斜拉桥的合理成桥状态与施工状态。     

斜拉桥索力优化的影响矩阵法

通过广义影响矩阵概念,将斜拉桥优化的目标函数统一用索力变量与广义影响矩阵表示,导出了斜拉桥索力优化的影响矩阵法这种方法既可用于确定成桥态合理状态的索力,也可用于施工阶段的索力优化和成桥后的索力调整,实现程序化计算十分方便     

基于影响矩阵及粒子群算法的斜拉桥自动调索

给出一种基于影响矩阵法和粒子群智能优化算法的调索计算方案,能够针对斜拉桥有限元分析或者施工监控索力计算问题实现自动化的索力调整,以替代冗余反复的计算工作.利用编制的程序,对某斜拉桥有限元模型的索力进行了自动调索,结果表明,该方案可以快速地获得合理的群索初始拉力,并使得相对误差控制在2％以内.该自动调索方法为斜拉桥建模分析和施工监控索力计算提供了一种新的高效解决思路.     

斜拉桥索力优化的强次可行SQP法及地震分析

为研究复杂大跨度斜拉桥索力优化问题及探讨拉索索力对斜拉桥地震响应的影响,提出采用新型强次可行序列二次规划算法(SQP),建立非线性数学规划模型,进行自动搜索求解合理成桥索力,并以不同索力工况进行地震动力数值模拟分析.结论表明:新型强次可行SQP法适用于复杂的大型斜拉桥索力优化问题,计算结果与设计索力吻合良好,成桥状态主梁弯矩分布均匀,主塔接近轴压受力,结构变形远小于规范限制.地震作用下,优化的拉索索力可有效改善主梁弯矩分布不均匀现象,限制主梁跨中纵向变形和主塔横向变形,使整个结构在地震中更加安全.     

不变形预张力在斜拉桥设计中的应用

基于不变形预张力的基本概念,建立了斜拉桥成桥状态的多目标、多约束的优化模型,并通过有限元程序求解成桥索力.该方法的优点是在施加不变形预张力时不切断索,这正符合了施工过程中张拉的实际情况;在索力设计中,将控制目标直接选为多个节点的位移和控制截面的内力,从而使控制目标值达到和接近了设计者的期望水准.实例表明,该方法是有效的,便于实际工程的应用.     

用正装迭代法计算斜拉桥的施工索力

斜拉桥是一种高次超静定结构,每一节段的施工相当复杂。特别是对于预应力混凝土斜拉桥,更是如此。施工中索力的张拉量,不仅关系到施工中的安全、体系的内力和变形,更涉及到成桥阶段结构的安全运营。按照施工顺序,采用正装迭代法优化施工索力,以达到成桥的目标状态。     

考虑结合处弯矩限值的混合梁斜拉桥索力优化

根据混合梁斜拉桥的结构特点,考虑混凝土主梁和钢主梁结合处弯矩的限值,利用有限元方法建立混合梁斜拉桥成桥索力的优化模型.以塔梁的弯曲和拉压应变能之和为目标函数,以斜拉索的初张力为设计变量,成桥索力和主梁钢混结合处的弯矩为约束条件,结合ANSYS优化模块中的零阶和一阶方法进行求解,确定合理成桥状态下的索力.在优化过程中,改变结合处弯矩的限制范围,分析成桥下的内力和位移随限制范围变化的规律.通过一座单塔斜拉桥算例计算表明:将弯矩限值控制在0.3～0.5倍的主梁最小和最大弯矩范围内,得到的成桥状态最合理.索力从塔至边墩呈均匀增长趋势,主梁弯矩图变化平顺,结合处弯矩较小.     

某无背索部分斜拉桥斜拉索索力控制研究

无背索部分斜拉桥中的斜拉索不但是一种造型,更是改善桥梁线形和调节主梁受力分布的关键构件,在施工过程中其索力的施加顺序和大小都需按照一定的程序进行,这样才能保证成桥之前梁体内力分布合理、成桥后索力施加得充分且不超限.借助于有限元软件对某无背索斜拉桥的斜拉索受力状况进行研究分析,以得到斜拉索在实际工程中的受力状态和分布规律,并用环境随机振动频率法进行索力的测量,从而控制索力的精确张拉和调整.     

不对称V型斜跨钢箱拱桥索力优化及控制

以某座不对称V型斜跨钢箱拱桥为工程背景,建立有限元模型,结合现有拱桥与斜拉桥合理成桥状况调索方法,采用刚性支承连续梁法、零位移法、刚性吊杆法和最小弯曲能量法这4种常规调索方法对此异型拱桥成桥吊杆索力进行初调,并采用影响矩阵法对索力进行优化,发现常规调索方法得到的成桥索力分布较不均匀,优化后能得到较为均匀的索力,并一定程度改善结构在成桥恒载状况下的变形及受力.考虑异型拱桥施工过程中吊杆张拉工序对结构受力的影响,采用4种不同的张拉工序,对比分析张拉过程中吊杆索力极值、主拱圈扭矩极值、平面内弯矩极值、平面外弯矩极值及平面外位移极值,发现采用方案一(即中间至两端错位张拉吊杆)为最合理的张拉工序,研究成果对异型拱桥的设计及施工均有一定的应用价值.     

混凝土斜拉桥施工控制的最佳成桥状态法

根据现代斜拉桥结构设计理论的悬臂施工方法的特点，提出了以最佳成桥状态作为施工控制的最终目标，以实施最佳施工阶段为技术路线，以索力调整为核心内容的斜拉桥施工控制理论，简称为最佳成桥状态法；以斜拉桥主梁标高误差最小为目标函数，以主梁内力（弯矩）为约束条件，以索力为优化变量，建立了最佳施工阶段的索力调整计算模型；推导了考虑徐变收缩效应的索力调整计算公式；用最佳成桥状态法对一实桥工程进行了施工控制全过程计     

钢管混凝土系杆拱桥施工分析与施工控制

为了保障钢管混凝土系杆拱桥施工安全和质量,以南水北调中线工程某钢管混凝土系杆拱桥为例,采用有限元软件MIDAS/Civil建立该桥有限元计算模型,按照施工过程详细分析各施工阶段的变形、吊杆力和应力,对吊杆成桥张拉力进行探讨,并选用自适应控制方法进行现场施工控制.由数值分析和现场监控结果可以得出,大桥在施工过程中结构的变形较小,受力满足设计规范要求;考虑到钢管混凝土系杆拱桥拱肋、系梁的刚度相对较柔,可采用恒载索力作为成桥张拉索力控制值,并以成桥后系梁和拱肋线形作为吊杆索力调整的施工依据;施工控制表明成桥线形和受力满足设计要求,成桥索力与恒载索力基本吻合.     

考虑施工过程的铁路特大钢管混凝土拱桥结构分析

详细分析了某铁路特大钢管混凝土拱桥的施工过程,重点计算了受力最为不利的两阶段结构的内力、应力以及位移,并介绍了运用BSAS有限元模型模拟、分析钢管混凝土拱桥施工过程的方法。本结构为外部静定的多次超静定结构,在整个施工过程中要经过多次体系转换,而且,每一次对吊杆索力的调整都会影响到结构的内力分布以及梁体、拱肋的线性,可谓＂牵一发而动全身＂。利用影响矩阵法对施工过程中的索力调整进行了优化,使得成桥后结构的内力分布更为合理。     

基于遗传算法的大跨度混合梁斜拉桥索力优化

针对混合梁斜梁桥的两种材料主梁内力对索力变化敏感程度的不同,提出混合梁斜拉桥合理成桥状态确定的分步算法.首先根据钢主梁及主塔的受力要求,计算拉索最优索力;然后根据确定索力下混凝土主梁的受力布置预应力钢筋,实现全桥的受力优化.按照分步算法的计算流程,以恒载下钢主梁及主塔的弯曲应变能最小为优化目标,结合改进的遗传算法求解,确定合理成桥状态下的索力.以九江二桥为例,利用Ansys建立仿真模型,据此进行索力优化.结果表明:该算法适用于混合梁斜拉桥合理成桥状态索力的确定,相对于传统的索力确定方法,避免了后期的二次调索工作;优化过程中采用的改进遗传算法,对于多约束及多优化变量复杂非线性模型的求解,具有优越性.     

矮塔混凝土斜拉桥成桥索力优化

针对矮塔混凝土斜拉桥结构受力特点,推导出了在恒载、车辆荷载、温度作用下整体弯曲能量表达式,以结构整体弯曲变形能最小为目标,主梁主塔单元弯矩和轴力为约束条件,应用MIDAS/CIVIL 2010的未知荷载系数模块进行了最不利荷载组合作用下矮塔混凝土斜拉桥成桥索力优化计算分析.讨论了车辆荷载和温度作用对矮塔斜拉桥成桥索力优化结果及大桥结构内力分布的影响,研究结果表明,车辆荷载和温度作用对拉索索力、主梁弯矩等力学参数的影响较大,在进行成桥索力优化时应该考虑车辆荷载和温度作用.