基于 Midas 有限元下的大跨斜拉桥成桥索力优化

为了深化对大跨斜拉桥成桥索力优化问题的认识,根据斜拉桥合理成桥状态的确定原则,阐述各类方法的求解思路与优化过程。大跨斜拉桥成桥索力优化,仅靠一种方法完成索力优化是不够精确的。通过论述斜拉桥合理成桥状态的基本原则,介绍了常用的几种成桥索力优化方法。首先选择最小弯曲能法获得初始索力,并使用影响矩阵法进行二次优化,对成桥索力状态进行叙述。基于大型有限元软件Midas Civil建立斜拉桥模型,以合理成桥状态为控制目标,对背景桥梁成桥索力进行优化。     

斜拉桥成桥索力优化方法研究综述

为了深化对斜拉桥成桥索力优化问题的认识，系统回顾斜拉桥成桥索力优化方法的研究进展与代表性研究成果；在将斜拉桥成桥索力优化方法分为指定结构状态的优化方法、弯曲能量（弯矩）最小法、数学优化方法、影响矩阵法、分步优化方法的基础上，根据斜拉桥合理成桥状态的确定原则阐述各类方法的求解思路与优化过程，并总结各类方法的特点、适用范围以及局限性；探讨斜拉桥成桥索力优化领域的未来发展趋势。研究结果表明：指定结构状态的优化方法其优化目标明确，力学概念清晰，计算方便，但无法兼顾主梁和桥塔的受力和变形，很难获得全局合理的结果，目前仅用于初定斜拉桥成桥状态；弯曲能量最小法的目标函数综合考虑了主梁和桥塔的受力与变形，体现了索力优化的本质特征，能够获得较为合理的优化结果，但在不添加任何约束条件时所得结果仍需进行后续调整，目前也多用于初定斜拉桥成桥状态；数学优化方法可根据不同类型斜拉桥的结构特点选择目标函数、约束条件与优化算法，所得结果也可兼顾斜拉桥各个构件的受力和变形，适用性较强，智能优化算法因其较好的全局收敛性、通用性和便于并行处理等特点，使得其在斜拉桥成桥索力优化乃至结构优化设计领域中的应用越来越广泛；影响矩阵是建立索力与目标函数关系的纽带，是一种综合的索力优化工具，但它需要在明确优化目标与约束条件的前提下求解；分步优化方法融合了多种优化方法的优势，可根据不同类型斜拉桥的受力和变形要求，分步骤选择不同方法全面优化斜拉桥的成桥索力；为适应斜拉桥大跨径化、主梁纤细化以及结构体系多样化的发展趋势，探索针对性或普适性更强的成桥索力优化方法、斜拉桥成桥状态与施工状态耦合优化、将更多优秀的智能优化算法应用于斜拉桥索力优化以及将数学优化算法与有限元程序进行嵌入式融合等问题均是该领域未来的发展方向。     

天水市藉河大桥索力优化研究

斜拉索索力直接对结构整体受力的合理性至关重要,以天水市藉河大桥为例,建立索力优化模型,调整结构达到理想成桥状态。天水市藉河大桥为75 m+115 m半漂浮体系独塔双跨斜拉桥,采用弯曲能量最小的优化方法,以结构的弯曲应变能为目标函数来进行索力的优化,得到了较优的成桥状态,该桥尺寸明显偏大。该研究成果对独塔双跨斜拉桥的索力优化具有一定的借鉴意义。     

斜拉桥塔柱截面尺寸优化设计

在现有斜拉桥计算理论和结构优化理论的基础上,系统地考虑斜拉桥设计中应注意的多方面因素,确定了斜拉桥塔柱截面尺寸优化设计的设计变量、约束条件和目标函数,建立了优化设计的数学模型,并进行了算例分析。算例结果表明,利用建立的优化模型结合有限元方法对斜拉桥部分构件进行数学优化是可以实现的,其结果也能满足一定的工程精度。     

基于改进粒子群算法的斜拉桥成桥索力优化

为了确定大跨度斜拉桥的合理成桥索力,以塔、梁拉压及弯曲应变能为目标函数,并根据合理成桥状态的要求对塔、梁、索的受力变形进行约束,建立索力优化数学模型.为了解决标准粒子群算法易早熟收敛、局部寻优能力差的问题,将基于局部邻域搜索的禁忌搜索算法与标准粒子群算法结合,提出一种改进的粒子群算法,并将其应用于工程实例,成功实现了斜...     

基于未知荷载系数法的斜拉桥索力优化

结合工程实例,采用未知荷载系数法对斜拉桥进行索力优化分析。借助有限元软件midas Civil计算斜拉桥的最优索力,将优化后的索力与设计索力进行对比,并验算成桥状态下该斜拉桥是否符合规范要求。结果表明,未知荷载系数法在斜拉桥成桥索力优化中效果良好,能够满足规范要求。     

基于多种群遗传算法的大跨度斜拉桥索力优化

针对大跨斜拉桥索力优化问题的非线性特点以及简单遗传算法易早熟收敛的缺陷,提出了一种基于多种群遗传算法的斜拉桥索力优化方法。以结构的最小加权弯曲应变能作为目标函数,并加以多约束条件,建立索力优化模型;通过改进多种群遗传算法的编码方式,将其应用于大跨斜拉桥的索力优化中;在此基础上综合运用MATLAB及APDL语言编制了大跨斜拉桥索力优化程序。以南京长江三桥为工程实例进行计算分析,结果显示采用多种群遗传算法优化斜拉桥索力是可行且有效的,优化后全桥结构内力均匀合理,该方法操作简单,具有较高的实用价值。     

基于多种群遗传算法的大跨度斜拉桥索力优化北大核心

针对大跨斜拉桥索力优化问题的非线性特点以及简单遗传算法易早熟收敛的缺陷,提出了一种基于多种群遗传算法的斜拉桥索力优化方法。以结构的最小加权弯曲应变能作为目标函数,并加以多约束条件,建立索力优化模型;通过改进多种群遗传算法的编码方式,将其应用于大跨斜拉桥的索力优化中;在此基础上综合运用MATLAB及APDL语言编制了大跨斜拉桥索力优化程序。以南京长江三桥为工程实例进行计算分析,结果显示采用多种群遗传算法优化斜拉桥索力是可行且有效的,优化后全桥结构内力均匀合理,该方法操作简单,具有较高的实用价值。     

斜拉桥施工过程中的索力控制与优化研究

根据斜拉桥结构受力特性和施工控制的需要，在模拟斜拉桥实际施工过程计算的基础上，通过建立斜拉桥施工初始索力和主梁（或塔）内力关系的数学模型，以成桥时主梁内力最小为控制目标，以各施工阶段的塔梁受力及塔梁变形为约束条件，采用有限元方法优化出斜拉桥施工初始索力和成桥恒载时的最终索力，保证了结构受力合理和施工安全。     

基于Midas的斜拉桥索力优化方法与工程实例

介绍了基于Midas/Civil的斜拉桥索力优化分析思路;以江津粉房湾大桥为工程实例,进行了斜拉桥索力优化调整计算,并对不同约束条件下的优化结果进行了对比。结果显示,优化索力值比设计给定的索力值更为合理,与设计成桥索力相近,说明优化方法可行,选取的成桥状态约束条件合理,计算思路正确。     

正装迭代法在确定斜拉桥成桥状态索力中的应用

以仓安路斜拉桥施工过程为研究背景,采用有限元分析软件ANSYS,实现了斜拉桥施工过程的模拟计算。研究以约束正装迭代法进行施工过程中索力优化与合理施工状态确定的问题,建立各次张拉索力值与成桥状态控制参数之间的关系矩阵,以最小二乘法原理对施工中张拉索力值进行修正,通过迭代消除不闭合问题,从而可使施工索力得到优化,达到预先设定的成桥内力。实例证明,正装迭代法在确定斜拉桥成桥状态的索力应用上,具有应用简单,误差较小的优点,效果较好。     

斜拉桥主梁横截面拓扑优化研究

由于斜拉桥主梁受力条件复杂,设计时都是根据经验拟定初始结构尺寸,进行多次试算而取得满足条件的较优结构形式。结合军山长江斜拉桥工程,在分析传统的渐进结构拓扑优化法奇异性问题的基础上,提出了能保证收敛的双向渐进结构优化法,并对斜拉桥主梁横截面进行拓扑优化研究。     

小西湖矮塔斜拉桥拉索初张力优化

在斜拉桥索力影响矩阵的基础上,以结构应变能最小为目标函数,建立了矮塔斜拉桥索力优化模型,并结合兰州小西湖黄河大桥进行索力优化分析,得出了一些具有一定参考价值的结论。     

部分斜拉桥合理成桥状态的研究

部分斜拉桥结构以主梁受弯来承受大部分荷载,拉索索力可改善主梁受力状态,因此部分斜拉桥与斜拉桥一样,通过优化拉索索力来确定部分斜拉桥合理成桥状态下的内力非常必要。采用影响矩阵法原理,以结构应变能最小作为目标函数,对索力加以合理的约束条件,解决了多变量非线性函数的有约束优化问题,从而获得恒载作用下的最优索力和与之对应的合理成桥状态。并对已建部分斜拉桥索力进行实例优化分析。     

基于影响矩阵法及序列二次规划法的 斜拉桥自动调索

为了研究结构单元和设计变量较多、设计工况复杂的斜拉桥索力优化问题,以某双塔三跨斜拉桥为例,基于既有的影响矩阵理论,以主梁和桥塔的弯曲应变能来建立目标函数,通过序列二次规划法实现索力的自动搜索优化计算,并同常规算法进行比较分析。计算结果表明:该方法应用于复杂斜拉桥索力优化,优化后的索力与设计索力能良好的吻合,成桥状态主梁弯矩分布更加均匀,主塔可以充分发挥其轴向承压能力,结构变形远小于规范限制,为斜拉桥的索力优化提供了一种新的高效解决思路。     

基于新型强次可行SQP法的斜拉桥合理成桥索力优化研究

为研究高效、合理的斜拉桥索力优化方法,以某双塔三跨斜拉桥为例,运用新型强次可行序列二次规划法(SQP法),采用MATLAB和MIDAS Civil软件编程实现索力的自动搜索优化计算。以主梁和桥塔的应变能建立目标函数,斜拉索索力为设计变量,主梁和桥塔的应力和位移作为约束条件。计算结果表明:新型强次可行SQP法应用于复杂斜拉桥索力优化,优化后索力与设计索力吻合良好,成桥状态主梁弯矩分布均匀,桥塔充分发挥其轴向承压能力,结构变形远小于规范限值,为斜拉桥的索力优化提供了新的高效解决思路。     

轨道交通斜拉桥结构仿真分析及优化

以某轨道交通斜拉桥为工程背景,采用MIDAS建立了斜拉桥的有限元分析模型,对该桥原设计方案下施工阶段和营运阶段的内力和应力情况进行仿真分析,并提出优化建议.     

斜拉桥合理成桥状态索力确定的优化方法

以不变形预张力为基础,将斜拉桥合理成桥状态索力确定问题归结为一个多目标、多约束的非线性规划问题,并采用改进后的基于极大熵原理的凝聚函数法将此非线性规划问题转化为一个可微的单目标、单约束优化问题。在此基础上,采用乘子惩罚函数法进行求解,并通过算例证明该方法的正确性和可行性。该优化方法不但适合斜拉桥合理索力的确定,而且能够应用于悬索桥、拱桥的施工控制中。     

有约束的最小能量法优化系杆拱桥成桥索力

为优化成桥索力,借鉴斜拉桥成桥索力的优化方法——有约束的最小能量法。以某系杆拱桥为工程背景,采用Midas/civil建立有限元模型,以各吊杆索力为自变量,求得主拱拱肋和主梁的拉压及弯曲应变能之和作为因变量,并限定节点位移、截面弯矩,以及吊杆索力。采用MATLAB建立数学模型求得最优成桥索力,并与刚性连续梁法、刚性吊杆法所得索力,以及成桥状态对比。有约束的最小能量法求得的索力使得主拱挠度平顺,拱脚处的弯矩更为合理。     

四塔预应力混凝土斜拉桥调索及整体静力计算分析

斜拉桥是一种高次超静定结构,索力的大小对结构受力影响非常大.如何确定斜拉桥的合理索力是斜拉桥设计、施工以及运营中的重要问题.该文以汝郴高速公路赤石特大桥为背景,建立斜拉桥有限元分析模型.根据零位移目标,采用最小能量法和影响矩阵法,同时辅以Matlab优化工具箱,确定合理的成桥状态索力,并以此索力对结构进行施工阶段和运营阶段分析.结果表明:该方法能较好地确定斜拉桥的合理成桥状态.