基于改进遗传算法的双向渐进结构优化方法研究

本文提出了一种基于改进遗传算法的软删除双向渐进结构优化法(G-BESO),以解决传统双向渐进结构优化法(BESO)中参数(如进化率)设置不当而导致无法获得最优拓扑构型的问题.首先确定单元权重系数与单元密度的递推关系式,形成一种考虑单元密度历史信息的材料插值模型,从而增强恢复误删高效单元的能力.然后引入遗传算法中的交叉和变异操作,启发式地更新结构状态以提高全局寻优能力.最后将该方法编写成可用于实际工程结构优化设计的程序.算例表明,提出的方法能稳定得到最优拓扑形状且计算效率更高,可为工程结构的拓扑优化设计提供一定参考.     

桩基非对称局部冲刷条件下土体应力变化解析解

传统桩基局部冲刷坑模型主要采用对称形态的坑体来分析,然而实际问题中局部冲刷坑体常为非对称,这使得桩基处于更不利的状态。评价桩基承载力的关键之一是合理计算冲刷坑造成的土体应力状态变化。而对于桩周形成非对称冲刷坑时土体应力变化,目前仍然没有较为完善和严格的理论分析方法。针对该问题,根据已有试验得到的非对称局部冲刷坑形态,提出非对称冲刷坑内土体应力计算的平面应变简化模型;并基于弗拉曼解在半无限空间中的应用,将冲刷坑以上土体看做荷载并引起土体内应力重分布,得到非对称冲刷坑下土体应力分布计算的平面应变解析解。通过有限元中的"生死单元法"模拟非对称局部冲刷坑的形成过程,并将有限元得到的冲刷坑内土体应力结果与解析解计算结果进行对比,验证解析解的正确性。随后基于该方法考虑桩尺寸的影响,得到非对称局部冲刷坑形成后桩周土体的垂直及水平有效应力计算方法,并与有限元计算结果进行了对比。结果表明：在考虑桩尺寸时,解析解计算结果略保守。在此基础之上,对非对称冲刷坑参数的敏感性进行分析,指出桩上、下游侧冲刷深度差值对桩周土体的应力影响较大,得到了非对称冲刷坑下桩周土体的垂直有效应力及水平有效应力差的变化规律,研究结果可为工程设计提供参考。     

基于子结构的大型桥梁有限元模型修正方法

实际桥梁结构的整体有限元模型修正时自由度和单元数量较多,待修正参数多,有限元模型修正精度和效率低。为了提高有限元模型修正的效率,提出基于子结构的有限元模型修正方法。子结构方法是化整体分析为局部分析的方法,与直接修正大型桥梁有限元模型相比,子结构方法只需要计算每个子结构少量低阶模态,得到整体结构的特征解及特征解灵敏度,形成模型修正的目标方程和灵敏度矩阵,进而缩短模型修正时间。将基于子结构的模型修正方法用于怒江特大桥主桥(上承式钢桁拱桥)有限元模型修正,结果表明:修正后桥梁的前10阶频率与桥梁的模拟实测频率值相吻合,且模型修正时间仅为传统整体方法的56%。     

地铁运营阶段隧道水平位移测量实施优化探究

地铁隧道结构稳定与地铁运营安全及舒适性紧密相关,地铁运营阶段的变形监测是确保结构稳定的重要措施。为探究地铁隧道基准点布置复杂情况,如点位破坏、集中布点与基准点距离变化等因素对水平位移监测精度影响,依托南京地铁某保护区的地铁变形监测数据,试算并讨论基准点数量、位置分布等因素与设站点精度间的对应关系,得出基准点数量与仪器测角精度是影响设站点精度的重要因素,并根据定量分析结果,给出地铁水平位移监测在满足精度要求条件下更加优化的实施建议。     

隔离桩对隧道侧穿邻近建筑物的沉降影响分析

地铁隧道开挖会引起周边建构筑物的沉降及变形,影响建构筑物的安全与正常使用。基于某地铁新建盾构隧道侧穿邻近浅基建筑物工程,介绍了隔离桩的减沉机理,并通过三维数值模拟分析,研究了有隔离桩和无隔离桩两种工况下隧道周边土体的竖向沉降及水平位移分布情况。数值模拟结果表明:采用隔离桩能有效降低隧道周边土体的竖向沉降及水平位移;土体的沉降在隔离桩附近有突变,土体竖向沉降被限制在隔离桩内侧,但地表土体在隔离桩内侧附近有所增大;增加隔离桩能有效阻隔土体向隧道内的滑动趋势,保护隧道周边建构筑物的安全。     

黄土地区地铁盾构隧道近距离下穿既有线影响规律及控制标准研究

为研究黄土地区盾构隧道近距下穿既有线的影响规律及控制标准,以西安地铁5号线盾构隧道下穿既有2号线隧道工程为背景,分析在既有隧道与下穿隧道竖直净距为盾构隧道管片外径0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍及1.0倍5种工况下的地表沉降和既有隧道在其与新建隧道正交截面上的拱顶及拱底位移、附加应力情况。由结果可知:随着既有隧道与新建隧道竖直净距的减小,地表和既有隧道的拱底拱顶位移均呈线性增大的趋势;地表沉降曲线与既有隧道拱顶沉降曲线呈单峰形态,而拱底位移曲线呈双峰形态,且左峰值小于右峰值;既有隧道在盾构过程中产生正弯矩,应力在盾构穿越其正下方时出现分化;应尽量避免竖直净距小于0.2倍洞径的双线盾构下穿,当采用0.4倍洞径竖直净距下穿时,应将新建隧道拱顶沉降值控制在13 mm以内。     

兰州地铁砂岩地层联络通道冻结法加固技术分析

为研究冻结法加固技术在强风化砂岩(红砂岩)地层中的适用性,依托兰州地铁1号线联络通道工程,首先介绍地层加固方案,通过经典解析法核算冻结壁平均设计温度。基于包含土体、隧道和联络通道的三维数值模型,讨论施工各阶段的冻结壁安全系数。最后,根据监测结果分析隧道收敛、地表沉降等关键施工控制参数。结果表明:冻结壁平均设计温度符合要求,可保证各阶段冻结壁安全系数满足规定,各项监测指标均未超过控制标准。冻结法在强风化砂岩(红砂岩)地层中具有很好的适用性,能够有效解决其他加固技术难以克服的难题。     

基于激光位移传感器的车轮踏面磨耗检测方法研究

针对当前城轨车辆车轮踏面磨耗人工检测劳动强度高、检测精度低的问题,提出一种基于激光位移传感器的车轮踏面磨耗检测方法。首先在轨道外侧安装一组激光位移传感器进行车轮踏面数据采集;其次结合标准轮对踏面轮廓数据,采用数据预处理、坐标旋转、数据融合等算法获取实际车轮踏面轮廓线;最后根据踏面磨耗几何关系获得车轮踏面磨耗值。通过踏面磨耗检测误差分析以及现场标准轮对实验和过车实验表明,所提方法检测精度为±0.2 mm,抗干扰能力强,能够满足踏面磨耗检测实际要求。     

铁路车站股道运用排序模型与算法

遵守车站股道运用条件,在引入时间窗、权重和有限度3个参数的基础上,利用排序理论构建车站股道运用排序模型。结合列车在车站的实际作业过程和进路编排,利用启发式算法对模型求解,得到股道运用初始方案。基于排序原则选择、进路编排方式和多方案选优3种解改进策略对股道运用初始方案进行改进,得到股道运用改进方案。利用现代柔性理论,设置1个人—机交互接口,以股道运用可行性为第1优化目标、均衡性为第2优化目标,建立股道运用的柔性模型,按照人—机交互会话的方式进行求解。采用该模型与算法编制的铁路车站股道运用自动编排系统,目前已在广州东站和韶关站初步运用。     

基于位移反分析法的盾构掘进面土压力计算

在盾构掘进过程中,由于刀盘的挤压作用,土仓压力不等于掘进面土压力。为研究二者的关系,提出基于位移反分析法的盾构掘进面土压力计算方法。建立模拟盾构掘进的ANSYS三维模型,结合盾构前方土体(或构筑物)的实测变形数据,调用ANSYS优化分析模块计算盾构掘进面土压力。该方法的适用区域为:位移监测点位于主要受掘进面土压力挤压作用区域的土体内。以上海地铁7号线上行线隧道斜下穿既有地铁2号线下行线隧道盾构施工工程为例,采用该方法对掘进面土压力进行计算分析。结果表明:该方法在本工程中的适用范围为盾构掘进刀盘距既有隧道中心线6～18m的区域;掘进面土压力约为土仓压力的1.17倍。