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。     

矮塔混凝土斜拉桥成桥索力优化研究

在研究一般斜拉桥成桥索力优化方法的基础上,针对矮塔混凝土斜拉桥结构受力特点,依据影响矩阵调值原理,提出了以结构整体弯曲能量最小为目标、以主梁主塔单元的弯矩和轴力以及部分关键节点的位移为约束条件的矮塔混凝土斜拉桥索力优化方法。应用MIDAS/CIVIL2010＂未知荷载系数＂模块,对某混凝土矮塔斜拉桥实际工程进行成桥索力优化。分析结果表明,此种方法可以方便得到满足设计要求的合理成桥索力。     

基于影响矩阵法的斜拉桥成桥索力优化

介绍了斜拉桥成桥索力优化的影响矩阵法,运用大型有限元程序ANSYS中的优化模块,结合某独塔斜拉桥验证了这种方法计算合理成桥索力的可行性和有效性。计算结果表明,将影响矩阵法引入斜拉桥成桥索力的有限元分析中是可行的,可为类似桥梁的设计提供参考和验证。     

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。     

基于综合优化法的矮塔斜拉桥成桥索力优化

为确定矮塔斜拉桥合理成桥索力,提出一种索力综合优化法。该方法以影响矩阵法为基础,采用数据标准化法将2种或以上不同类型的离散数据变为无量纲的统一化数据,以结构控制截面位移及弯矩综合最小为目标进行索力求解。以南京地铁宁句线矮塔斜拉桥为算例,采用最小弯曲能量法、刚性支承连续梁法和综合优化法对成桥状态的索力进行计算,将计算结果与原设计成桥索力进行对比。结果表明：对于矮塔斜拉桥,在恒载作用下,采用综合优化法计算得到的索力及主梁弯矩分布最为合理;在运营阶段,综合优化法计算得到的索力与原设计索力相比,主梁上、下缘最大压应力分别降低3.3%、3.8%,并且主梁应力分布更优。     

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。     

分步算法确定叠合梁斜拉桥合理成桥索力

叠合梁斜拉桥的主梁是一种组合结构，在确定合理成桥索力时，与其他类型的斜拉桥有着不同之处。文中针对叠合梁斜拉桥的特点，结合具体算例，采用平面双层框架模型模拟主梁，根据零位移法初定一个成桥索力，在此基础上考虑恒载和活载的共同作用，根据应力平衡法确定主梁弯矩的合理恒载可行域，再根据索力对主梁弯矩的影响矩阵进行索力调整。所得索力更加符合斜拉桥的要求。     

综合法初定斜拉桥合理成桥状态

以某顶推施工独塔斜拉桥钢箱梁为背景,在斜拉桥各种设计理论的基础上,提出了一种更适合于钢箱梁斜拉桥的索力优化方法。采用最小弯曲能量法初定成桥状态,力平衡法确定主梁的弯矩可行域,作为进一步约束优化的约束条件,从而得到斜拉桥各部件受力合理的成桥状态。     

厦漳跨海大桥北汊主桥合理成桥状态研究

为研究斜拉桥合理成桥状态的计算方法,以厦漳跨海大桥北汊主桥为背景,采用大型有限元软件TDV RM2006建立全桥有限元模型,通过优化结构成桥索力使主梁和桥塔达到设计期望的状态,用最小弯曲能量法初定近似合理的成桥状态,以该状态下的部分斜拉索索力和主梁弯矩作为目标向量,通过影响矩阵法求解所有斜拉索初张力,通过微调局部斜拉索的初张力修正几何非线性对静力优化结果的不利影响,最终确定北汊主桥的合理成桥状态.实践证明,最小弯曲能量法和影响矩阵法能很好地弥补相互间的局限性,能在较短的时间里确定斜拉桥的理想成桥状态.     

千米级斜拉桥空间非线性两阶段索力优化

针对斜拉桥的施工控制技术问题,提出了斜拉桥两阶段索力优化的方法,采用一阶最优化计算方法来确定某千米级斜拉桥在施工状态和成桥状态下的合理索力。首先将斜拉桥成桥后的线形和梁塔的最小弯曲应变能设为目标函数,通过对目标函数的最优化处理,求出各施工阶段的斜拉索索力和主梁的预转折角,用空间非线性有限元法模拟钢箱梁的悬臂拼装过程;成桥后,将斜拉桥梁塔的最大和最小弯矩设为目标函数,求出斜拉索索力的合理调整值。计算结果表明:该方法是可行的,结果也是合理的。     

矮塔斜拉桥合理成桥状态及二次张拉力的确定

近年来我国已建成较多的矮塔斜拉桥，但其合理成桥状态的确定研究较为不足，并且缺乏有效合理的办法。通过规范中关于全预应力构件的定义导出主梁恒载弯矩可行域计算公式，将此作为目标成桥状态，并利用考虑施工阶段的影响矩阵再结合线性规划法，得到满足主梁恒载弯矩可行域的二次张拉力和成桥索力。以某矮塔斜拉桥为例开展分析，将使用该方法得到合理成桥状态与最小弯曲能法得到的成桥状态带入细化空间杆系有限元模型中。分析结果表明，该方法可明显改善主梁的受力状态，减小主梁的挠度，使墩顶负弯矩和跨中正弯矩显著减小，主梁弯矩图更加均匀。     

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。     

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。     

基于影响矩阵法的非对称独塔斜拉桥索力优化

非对称独塔斜拉桥结构新颖,造型独特,在外荷载作用下的变形及受力规律与常规斜拉桥不同。斜拉索能通过千斤顶主动施加张拉力改变主梁受力条件,改变主梁和主塔的线形及主梁的受力性能规律。因此非对称独塔斜拉桥在设计、施工及运营过程中的索力控制十分关键。该文以珲春大桥为背景,采用Midas建立了斜拉桥的空间有限元模型,以主梁及主塔的弯曲和拉压应变能最小为目标函数,采用影响矩阵法,进行了成桥索力优化,同时考虑施工过程对结构产生的内力进行分析。结果表明:影响矩阵法在非对称独塔斜拉桥成桥索力优化中效果良好。     

基于响应面法及粒子群算法的异形斜拉桥索力优化

为简化异形斜拉桥的索力优化过程,提出了采用响应面法与粒子群算法相结合的索力优化方法。该方法首先通过分析异形结构的受力特点确定优化目标,再利用响应面法将优化目标函数与成桥索力的关系显式化并构建响应面方程,最后结合粒子群算法根据响应面方程进行索力寻优。为验证该优化方法的有效性,以某异形斜拉桥为背景开展索力优化。基于该异形斜拉桥受力特点,以主梁的横梁两端最大剪力差为优化目标、以斜拉索成桥索力为优化变量、以斜拉桥成桥索力均匀性为约束条件,建立了索力优化目标函数进行索力优化。结果表明：优化后该异形斜拉桥主梁的横梁两端最大剪力差减小20.3%,主梁最大弯矩减小13.8%,南北侧边箱梁最大竖向位移差减小25.0%;全桥成桥索力及主梁弯矩均匀性均有所提升,主梁受力、线形更加合理。     

混凝土斜拉桥合理成桥状态确定的分步算法

在现有的最小弯曲能量法、影响矩阵法和应力平衡法等方法的基础上 ,提出了斜拉桥合理成桥状态确定的分步算法。基本思路是 :先用最小弯曲能量法初定成桥状态 ;然后以应力平衡法确定主梁合理预应力和主梁成桥恒载弯矩“可行域”;最后用影响矩阵法确定综合考虑主梁、塔和索等结构受力要求的合理成桥状态。     

斜拉桥施工阶段二次调索计算方法

为保证施工阶段的结构安全,一些斜拉桥的施工需要进行2次分步张拉斜拉索,而由于二次调索控制目标不同,需要采用不同的调索计算方法。针对施工期间存在2种阶段控制目标的斜拉桥,以主梁脱离支架和内力分布合理作为控制目标,采用以梁塔拉压及弯曲应变能最小为约束条件的最小能量法进行初张力优化计算,以设计成桥索力作为控制目标,采用差值法进行正装迭代计算确定第2次张拉索力,并结合工程实例,利用有限元法实现了二次张拉索力计算。2种方法组合使用所确定的施工张拉索力能够满足施工控制要求,最终成桥状态亦达到设计要求。     

混凝土折线塔斜拉桥成桥索力确定的研究

沈阳市富民桥主桥是一座89 m+242 m+89 m的混凝土折线塔斜拉桥,为确定合理的成桥索力,采用最小弯曲能量法并结合假载法和内力平衡法进行计算分析。根据静力平衡条件得到主梁初始断面尺寸;利用最小弯曲能量法得到主梁和桥塔弯矩较小、索力基本均匀的成桥恒载合理状态;利用假载法进行验算,以保证各控制断面在最不利荷载组合时的弯矩值在规范允许范围内。研究表明,折线塔斜拉桥成桥索力确定可采用与直线塔相同的方法;索力距离桥塔由近至远呈现由大到小、再由小至大的分布规律,中跨索力大于边跨索力;两塔相应位置索力大小不同。     

梁拱组合桥吊杆成桥索力优化分析

介绍了各种索力的优化方法,并采用有约束的最小能量法,以梁拱组合桥拱肋和主梁的拉压及弯曲应变能之和为目标函数,以指定节点位移、截面弯矩及吊杆索力上下限为约束条件,建立了成桥状态下最优吊杆索力的优化模型,基于约束变尺度法的求解理论为基础求解该优化模型。结合具体的工程实例,先用ANSYS建立平面模型提取影响矩阵等数据,然后利用lingo10软件的独特算法,求得满足结构总体线形和受力要求的成桥状态下最优吊杆索力。     

影响矩阵法在大跨径斜拉桥二次调索中的应用

由于斜拉桥成桥索力与目标索力可能存在一定偏差,利用影响矩阵法对某大跨径斜拉桥成桥后索力偏差进行调整,确保其索力满足规范及设计要求。提出以锚杯拔出量作为调索主控制参数,提高索力调整精度的同时,解决了传统以索力为主控参数的调索方法所要求的必须在温度恒定状态下实施的苛刻限制,使索力调整可在白天进行,提高了工作效率。通过索力调整实现了索力优化目的,且对结构线形和应力影响很小,达到了预期效果。