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。     

斜塔斜拉桥合理成桥索力研究

斜拉桥是一种高次超静定结构,索力的大小对结构的受力影响非常大,确定斜拉桥合理成桥状态的关键问题是如何控制斜拉索在成桥时的索力。该文以厦门某座斜塔斜拉桥为例,运用几种调索理论进行调索,进行比选后确定了适合本桥的成桥索力。     

无应力长度正装迭代法在无背索斜拉桥工程中应用

在斜拉桥施工过程中,每次张拉的斜拉索都会对其他斜拉索产生复杂的影响,通常采用倒拆法、倒拆-正装法及无应力状态法均存在不同程度的不闭合问题,不容易求解到合理的施工过程索力。为研究确定无背索斜拉桥施工时合理施工状态的方法,以一座主跨180 m无背索斜塔单索面钢混组合斜拉桥为例,采用Midas Civil基于无应力长度结合正装迭代思路建立成桥阶段和施工阶段有限元分析模型。首先根据初始索力求解出无背索斜拉桥初始无应力长度,然后依据最小二乘原理通过多次正装迭代分析,使斜拉桥施工最终状态和成桥目标状态差异达到允许范围内,求解得斜拉桥合理施工状态的索力值。通过实例证明,基于无应力长度正装迭代法可以较好地解决无背索斜拉桥施工正装分析的不闭合问题,完成索力优化,满足工程精度要求。对无背索斜拉桥合理成桥状态索力及合理施工过程索力优化提供了一定参考,具有一定的推广价值。     

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。     

影响矩阵法确定斜拉桥施工阶段初拉索力

以某预应力砼独塔单索面斜拉桥为工程背景,描述了利用正装迭代法确定施工阶段初拉索力的过程;该桥主梁采用满堂支架整体现浇施工,斜拉索依次张拉并调索,在对结构正装分析时,采用索力为优化目标,根据索力对结构的敏感程度选择调整值,进行迭代计算直至收敛满足精度要求。计算结果表明,最终成桥状态与优化后的合理成桥状态非常接近。     

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。     

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。     

基于MIDAS CIVIL的双塔双索面斜拉桥关键施工阶段受力性能分析

依托某双塔双索面钢-混凝土组合梁斜拉桥,基于有限元软件MIDAS CIVIL,通过建立全桥有限元模型并对其索力进行优化,以弯曲应变能最小为计算原则,当将主塔和主梁的抗弯惯性矩减小10 000倍时,得到满足要求的合理成桥状态,然后利用正装迭代法对施工阶段的索力进行求解,通过7次迭代,得到了施工阶段的索力值,利用其计算得到的成桥状态索力与合理成桥状态索力进行对比可知两者变化规律相同,吻合度较高,最近误差仅为4.5%。选取边跨合龙阶段、最大悬臂阶段和成桥阶段作为关键施工步骤,重点研究了主塔和主梁的弯矩、轴力和位移在各个施工阶段的变化规律。     

一种确定斜拉桥合理成桥索力的综合方法探讨

斜拉桥是一种高次超静定结构,索力的大小对结构的受力影响非常大,确定斜拉桥合理成桥状态的关键问题是如何控制斜拉索在成桥时的索力.围绕这一问题,在比较各种控制索力方法特点的基础上,介绍了综合刚性索法和自动调索法确定合理成桥索力的原理和步骤,通过算例证明,该方法概念明确、计算方便,所得结果满足要求.     

四线曲线钢箱梁斜拉桥施工控制技术

为了使曲线钢箱梁斜拉桥成桥后达到合理的内力和线形状态,以穗盐路斜拉桥为背景,基于无应力状态法,以钢箱梁制造线形为目标,进行全桥施工控制.在确定合理成桥状态下,计算了钢箱梁的制造线形,悬臂拼装时按制造线形夹角进行拼装,并保证合龙段的无应力拼装,则最终成桥必会达到合理成桥状态;讨论了无应力索长的计算方法,用无应力索长差实现全桥调索的一次性完成;该桥的横向效应计算结果表明水平横向弯曲效应明显,弯扭耦合效应并不明显,可按直线桥对主梁进行线形控制.监测结果表明,成桥后索力误差在5％之内,主梁线形满足设计要求,结构内力状态良好.     

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。     

无背索部分斜拉桥斜拉索张拉施工方案分析

为确定无背索部分斜拉桥斜拉索的合理张拉施工方案,以溱水路大桥为例,对该桥斜拉索一次张拉和分级三次张拉的施工方案进行研究.应用MIDAS Civil有限元软件建立该桥空间有限元计算模型,采用数值仿真方法研究斜拉索一次张拉和分级三次张拉对该桥结构力学行为的影响,探讨斜拉索分级张拉施工的合理性,并基于影响矩阵法进行成桥索力调整.结果表明:该桥分级三次张拉斜拉索的施工方案较为有利,且施工可行,成桥后可采用影响矩阵法进行索力调整,仅需较少次数索力调整即可达到索力设计目标,可避免反复进行斜拉索张拉调整的繁琐施工工序.     

某独塔双索面斜拉桥的合理成桥状态研究及施工阶段分析

为了研究江西省某独塔双索面斜拉桥的合理成桥状态,首先利用有限元软件MIDAS/CIVIL建立有限元模型,然后分别利用最小弯曲能量法、弯矩最小法和影响矩阵法对该桥的最终成桥状态进行了计算。基于得到的合理成桥状态提出了该斜拉桥的施工方法和施工顺序。最后利用正装迭代法进行了分析,结果表明该计算得到的合理施工状态索力均小于桥梁设计索力,误差均在3%以内,合理成桥状态的索力与设计索力分布规律基本一致,且合理成桥状态对应的桥梁线形最大挠度为21. 87 mm,满足规范要求。     

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。     

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,成功实现了斜拉桥成桥索力优化。研究表明:改进粒子群算法在收敛性能及寻优能力方面均得到明显改善,应用于大跨度斜拉桥索力优化中,结构的受力变形状态更为合理,优化效果显著。     

特大跨系杆钢拱桥成桥状态与吊杆张拉力优化分析

特大跨异型系杆钢拱桥的成桥状态确定至关重要。采用基于影响矩阵的综合方法确定合理成桥索力,该方法考虑了系杆拱桥各吊杆间受力的相互影响;并采用Ansys Workbench有限元程序,建立了杭州市运河二通道358m大跨度异型钢拱桥有限元模型,通过结合刚性吊杆法和自动调索法确定吊杆的合理张拉力。以合理成桥索力为目标索力,采用影响矩阵法确定有应力状态下吊杆的施工张拉力,索力调整后与目标索力进行对比,误差控制在3%以内,达到了索力优化调整的目标。     

基于影响矩阵和粒子群算法的异形斜拉桥调索

斜拉桥的合理成桥索力的确定是斜拉桥设计和施工中的关键环节,获取符合条件的初索力是建立桥梁的有限元模型、完成施工阶段的分析和施工索力监测的基础。异形斜拉桥的结构相对比较复杂,其受力特点不同于常规的斜拉桥,传统的迭代法或具有不适用性,且迭代法需要进行多次试算,过程较为繁琐。粒子群算法可以高效便捷地得到合理的成桥状态,实现索力优化的自动化和智能化。为验证结合粒子群算法的索力优化方法的可行性,以某异形斜拉桥项目为背景,建立三维有限元模型,结合影响矩阵法和粒子群算法编MATLAB程序对桥梁斜拉索的初始索力进行求解,并与传统迭代法的优化结果进行比较,验证该方法的可行性。结果表明：传统迭代法在优化结构较复杂的异形斜拉桥时具有局限性,基于影响矩阵和粒子群算法的索力优化方法能够用来自动化求解结构较为复杂的异形斜拉桥的初始索力群,优化过程简便、高效。     

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。     

大跨度混合梁斜拉桥合理成桥状态研究

合理成桥状态是斜拉桥设计的重点和难点,结合混合梁斜拉桥的受力特点,总结分析确定合理成桥状态的基本原则,提出确定混合梁斜拉桥合理成桥状态的分步算法,基本思路为:根据相关工程经验初拟结构尺寸,先采用"改进零位移法"初定成桥状态,再采用"最小二乘法"将索力调均匀;计算活载效应,综合考虑成桥运营状态主梁弯矩均匀,正负弯矩大小相当,主塔弯矩较小,索力均匀及避免墩顶负反力等要求,对索力进行调整,边跨混凝土梁配置钢束;成桥运营状态验算。并以某大跨度混合梁独塔斜拉桥为工程实例进行计算分析,实践表明该方法简单实用,思路清晰,计算精度高,满足设计要求。