桥梁设计中多目标模糊优化求解分析

在桥梁设计中受到多目标干扰往往导致设计方案并非最合理,本文采用多目标模糊优化方法对桥梁优化设计。建立了基于造价与跨中最大弯矩值为优化目标的目标函数,并加入权重值认为造价与最大弯矩值的权重系数分别为w1=0. 6,w2=0. 4,建立了桥梁设计中的正截面抗弯、斜截面抗剪、配筋率、以及梁尺寸约束条件下的约束函数,给出了T梁评判因素等级隶属度矩阵,经MATLAB编程计算得出结论,在工程实例中相对于原始T梁设计方案,单根T梁造价由70 273元降低为68 463元,成本降低了约2. 64%,跨中截面最大弯矩值由3. 199×1015N·mm2降低为3. 626×1015N·mm2,全截面刚度提高了约13. 3%。     

大跨径预应力混凝土盖梁主动托换参数分析与结构优化设计

为了探讨结构参数对大跨径预应力混凝土盖梁托换后的影响和盖梁截面的优化设计,对截面优化方法的比较和不同计算参数下截面的受力特性进行研究。以广河高速公路春岗互通主线桥右幅82~#墩为依托,采用MIDAS Civil建立有限元模型,分析墩梁连接方式、盖梁跨高比、墩刚度比和预应力钢束数量对盖梁挠度和内力的影响规律,结合ANSYS和MATLAB对盖梁进行截面优化。结果表明:在设计截面不变时,盖梁与墩的连接方式对挠度值的影响较小;在相同的连接方式下,盖梁跨高比对跨中截面的挠度和弯矩影响较大,墩刚度比对跨中截面的挠度和弯矩影响较小,预应力钢束数量对其跨中截面处的挠度和弯矩影响较大;两端固结的连接方式引起的挠度值和弯矩值略优于其它连接方式。ANSYS有限元软件和遗传算法优化的最终结果相接近,两者优化后的截面宽度相对误差为5%,高度相对误差为3%。     

纵横梁拓宽加固既有T梁桥的参数分析

为了指导既有T梁桥纵横梁拓宽加固设计,确定最优参数,以一座跨长20m、桥面宽6m的T梁桥拓宽加固为背景,建立T梁桥纵横梁拓宽加固主梁(拓宽后桥面宽9m)计算模型,对新建横梁的数量及位置、新建纵梁与横梁的刚度、新旧基础间相对沉降量等进行了参数分析。结果表明:对于跨长20m、桥面宽6m(拓宽后宽9m)的T梁桥,在跨中设置1道横梁较适宜;新建横梁的刚度越大,结构的整体性越好,但随着横梁刚度增大横梁自重增加,横梁的最佳截面尺寸为60cm×30cm;随着纵梁高度的增大,结构的最大挠度减小,旧主梁的最大弯矩减小,新主梁的弯矩增大,新建纵梁高度取250cm为宜;新旧基础间的相对沉降对结构支点截面T梁翼板根部受力影响较大,需采取有效的措施来减少相对沉降。     

概念车身梁截面厚度优化设计

为了实现在概念设计阶段优化设计车身复杂梁截面厚度,建立了梁截面几何属性和PSO优化算法,并基于UG/OPEN平台开发了梁截面设计和梁截面厚度优化模块,实现了多约束条件下车身梁截面厚度的优化设计。针对某一具体车型进行了概念车身梁截面厚度优化设计,使优化目标车身质量实现了轻量化,同时改善了模型弯曲刚度和扭转刚度。     

体外预应力节段预制胶拼梁抗弯极限承载能力模型试验研究

为研究体外预应力节段预制胶拼梁的抗弯极限承载能力和破坏模式,以某3×30m一联连续箱梁桥为背景,以偏不利的实桥中跨为研究对象,根据相似理论,设计制作了一跨缩尺比为1∶3的10m简支工字型试验梁,按照设计承载能力极限状态跨中最大正弯矩荷载组合和活载超载2个阶段进行了分级加载试验。结果表明:跨中最大正弯矩工况下,梁体强度和刚度满足设计要求,结构整体受压,处于弹性受力状态;超载工况下,梁体底板逐渐消压,跨中附近接缝截面底板开裂,随后裂缝逐渐变宽并竖直向上延伸,直至荷载超过接缝截面抗力设计值后,顶板局部混凝土压碎,而钢绞线未屈服;体外预应力节段预制胶拼梁具有较大的抗弯极限承载能力,可能发生的破坏模式为跨中附近接缝截面顶板混凝土受压破坏。     

预应力连续钢梁负弯矩区受力性能分析

为研究预应力连续钢梁负弯矩区受力性能,对开口截面三跨连续钢梁进行六点加载抗弯性能试验。利用有限元软件Ansys建立试验梁非线性分析模型模拟其抗弯过程,模型计算所得梁体挠度值和应力值与试验结果吻合良好,进而对负弯矩区进行进一步受力性能及影响因素分析。结果表明:试验梁处于弹性工作状态时,负弯矩区截面变形符合平截面假定;相较于普通连续钢梁,施加预应力使支座附近截面正应力明显减小;普通连续钢梁及预应力连续钢梁支座底板先达到屈服应力,随着荷载增加,梁体因挠度过大超过限值而不能继续承受更大荷载;当预应力不超过135kN时,合理增大预应力可提高预应力连续钢梁负弯矩区抗弯承载力;随着负弯矩区支座截面处钢束上调,支座附近顶板及底板正应力减小,顶板应力变化略明显,且越靠近支座位置减小值越大,顶板受拉段长度有所减小。     

大跨度连续刚构柔性拱组合结构受力效应分析

为研究大跨度连续刚构柔性拱组合结构受力效应,以宜万铁路宜昌长江大桥为背景,在总结该类结构体系特点的基础上,采用桥梁博士分析软件建立全桥平面有限元模型,对全桥桥面施加竖向均布荷载(二期恒载),分析拱梁内力、竖向荷载及跨中截面弯矩的分配;将该桥与孔跨组成及截面尺寸完全相同的连续刚构桥在恒、活载作用下的结构内力进行对比,分析组合结构的拱梁组合效应。分析结果表明:在竖向均布荷载作用下,连续刚构柔性拱组合结构跨中范围吊杆轴力增加较大;结构跨中截面总弯矩绝大部分已转化为拱肋压力与主梁拉力;与连续刚构相比,活载作用下,连续刚构柔性拱组合结构的主梁弯矩显著减小,结构刚度提高较大,柔性拱作用明显。     

自密实砼增大截面加固钢筋砼T梁试验研究

考虑加固厚度与持荷工况两种因素,设计8片钢筋砼简支T梁,对其挠度及承载力进行分析,并建立加固前后抗弯承载力计算模型,探究自密实砼增大截面加固后的性能。结果表明,持荷大小对跨中截面变形的影响较小,加固厚度100mm的不持荷试验梁的刚度比加固厚度60mm的大,而持荷加固后,加固厚度越大,试验梁刚度越小;自密实砼增大截面加固后的承载力约为加固前承载力的2倍,加固厚度对承载力的影响较小;抗弯承载力计算公式的计算结果与试验值吻合较好。     

40 m T梁桥静载试验分析

利用MIDAS软件根据简支转连续T梁截面的实际尺寸建立三跨一联的参数化模型,介绍其静载试验的详细内容,通过现场试验得到该桥跨中截面挠度及应力值,将模型理论分析值与实测值相对比,得到该桥的整体刚度较大,承载能力较强,具有一定的安全储备。     

全体外预应力节段梁桥使用性能足尺模型试验

芜湖长江公路二桥引桥首次采用全体外预应力节段预制拼装连续梁桥,为明确结构使用阶段受力性能,进行足尺模型试验研究。试验以"1跨+1/3跨"结构作为足尺模型试验梁,对跨中最大正弯矩、支点最大负弯矩及支点最大扭矩工况下主梁变形、关键截面应力及转向块等构件的受力状态进行分析。结果表明:在使用阶段跨中最大正弯矩、支点最大负弯矩及最大扭转状态下,试验梁各测试断面均未发生开裂,具有良好的抗裂性;结构的应力及变形响应与理论计算值较吻合,处于弹性工作状态且受力状态良好;墩顶横梁及转向块结构使用阶段工作性能良好。     

弯矩和剪力组合作用下混凝土梁截面抗剪计算理论研究

为准确计算钢筋混凝土梁及预应力钢筋混凝土梁在弯矩和剪力组合作用下的截面抗剪承载力，进行钢筋混凝土梁及预应力钢筋混凝土梁截面抗剪计算理论研究。根据混凝土梁抗剪破坏特征，考虑混凝土、纵向钢筋、竖向箍筋、弯起钢筋以及预应力筋对梁抗剪性能的影响，提出一种基于楔形截面的抗剪计算模型，并对抗剪承载力的上限值和下限值进行分析。开展轻型T梁计算和足尺模型静载试验，并进行对比验证。结果表明：楔形截面抗剪计算模型解释了混凝土梁纵向钢筋、竖向箍筋、弯起钢筋的抗剪承载力贡献，并为抗剪承载力的设计提供了实用的公式；该模型的抗剪上限值为最小腹板厚度提供了理论解释，即纵向钢筋、竖向箍筋均存在一个充分配筋率下的腹板厚度；通过实例计算和足尺模型静载试验，楔形截面抗剪计算模型和计算方法相对于传统方法更为准确和合理，具有更好的理论基础。     

非对称悬挂式轨道梁结构优化分析

为优化非对称悬挂式轨道梁的结构构造以满足运营刚度和强度等要求,参考国内外已建成的类似悬挂式单轨交通系统,初步设计了悬挂式单轨轨道梁结构,采用设计软件Midas/Civil和Abaqus建立有限元模型,分别进行整体分析和局部受力分析。调整截面尺寸、跨径和板厚等参数,分析非对称悬挂式轨道梁的变形和应力分布。研究表明:轨道梁结构跨径取30 m比较合适,当截面尺寸一定的情况下,增加钢板厚度能有效地提高轨道梁的刚度与强度,但当钢板厚度增加到一定值后,轨道梁刚度提高的速率明显减缓,此时加大截面尺寸比增加板厚对结构强度与刚度的提升效果更好,更能减少用钢量,经优化最终提出了一种新型悬挂式单轨轨道梁结构。     

连续梁顶推导梁合理参数的确定方法

根据顶推连续梁通常具有等截面、等跨(或中间跨采用等跨径、边跨采用较小跨径)的特征,应用以一次落架思想和力法建立的三弯矩方程组,利用数列及其极限,将顶推分2个阶段推得了顶推中连续梁中间各支点弯矩的解析表达式,借此讨论并揭示了顶推中连续梁中间各支点弯矩值随该连续梁两端支承处弯矩和主梁恒载集度的变化规律。根据顶推前端主梁支点弯矩最小的原则,推得了导梁合理长度的计算公式,借助于数值分析得到:导梁抗弯刚度的合理值应为主梁抗弯刚度的0.2倍。进一步给出了导梁参数取合理值时各控制内力的大小。结合实际工程,阐述导梁常用结构形式与设计原则。     

复合材料前防撞梁变截面多工况多目标优化设计

本文中综合考虑汽车低速碰撞中的角度和对中两种碰撞工况,结合碳纤维/环氧树脂材料的特点,提出了一种变截面复合材料前防撞梁设计方法。首先,通过低速碰撞两种工况中前防撞梁的仿真计算发现,在等厚度的情况下,为满足侵入量的条件,对中碰撞时所要求的厚度远远大于角度碰撞时的要求,因此,根据对中碰撞时前防撞梁的受力和约束条件,为其提出了中间厚两端薄,即变截面的设计方案。然后,以最小化吸能盒截面力和前防撞梁质量为目标,许用侵入量为约束,两种截面厚度和加厚区域长度为设计变量,基于采集的试验点构建吸能盒截面力和前防撞梁质量的Kriging代理模型,利用NSGA-Ⅱ算法对其进行多目标优化。最终的结果表明,在满足性能要求的基础上变截面设计使复合材料前防撞梁的质量分布更为合理,在不增加质量的条件下,角度和对中两种低速碰撞工况中耐撞性能都得到提高。     

碳氢火灾下钢-混组合梁破坏试验研究

为研究钢-混组合梁(钢结构桥梁)遭遇碳氢火灾时的耐火性能与抗火设计方法,设计制作了3榀大比例钢-混组合缩尺试验梁,包括简支体系箱形截面梁、连续体系箱形截面和双肋工字形钢截面梁。开展了碳氢火灾下(前期燃油急速升温和后期天然气维持高温)简支梁跨中受火和连续梁单跨局部受火试验,获悉了截面温度场、受火跨和非受火跨挠度变化路径、裂缝发展模式、钢板屈曲特征和破坏模式。分析得到了组合梁在碳氢火灾下的耐火极限,深入揭示了组合梁截面类型和结构体系对组合梁耐火性能的影响机理。试验结果表明:混凝土具有显著的热沉效应,火灾下钢梁的升温速率远快于混凝土板,停火后钢梁温度迅速降低而混凝土板温度持续升高,混凝土板上层的温度在停火48 min后仍然呈走高趋势;碳氢火灾下简支体系钢-混组合梁的挠度从初期就表现出快速增大的趋势,最终因挠度过大而失效;连续体系钢-混组合梁受火跨的挠度在初期增长较为缓慢,最终由于墩顶负弯矩区和跨中正弯矩区均出现塑性铰,梁转为机构体系,使得跨中挠度快速增大而破坏;连续体系钢-混组合梁非受火跨由于变形协调性先上拱,随后由于受火跨刚度衰退转向下挠;闭口截面箱梁仅外表面受火,其耐火性能显著优于双肋工字形钢截面梁,在相似荷载水平下其耐火极限分别为48 min和42 min;连续体系钢-混组合梁由于多余约束的存在,从受火开始就发生剧烈的内力重分布和变形协调,相较于简支梁,其耐火极限可提高100%;高温下连续体系钢-混组合梁出现的塑性铰与常温下的不同,是一种刚度逐渐降低的时变塑性铰。研究成果可为钢结构桥梁的耐火试验方法提供指导依据,也可为其抗火设计方法奠定理论基础。     

长门特大桥主桥塔梁墩固结区模型试验研究

长门特大桥主桥为主跨550m的双塔双索面混合梁斜拉桥,采用塔梁墩固结体系。为分析该桥塔梁墩固结区的受力特性,设计制作缩尺比1∶5的塔梁墩固结区模型进行试验,研究塔梁墩固结区在使用阶段的应力、位移和抗裂安全性。结果表明:在设计荷载作用下,塔梁墩固结区各关键截面应力均满足规范要求,混凝土主梁和下横梁的竖向位移较小,结构安全且具有足够的抗弯和抗剪刚度;试验测得的固结区主梁混凝土开裂弯矩远大于设计荷载作用下最大弯矩,混凝土主梁具有较大的抗裂安全性和安全储备。     

基于传递矩阵的平顶直墙地铁车站横向管棚受力变形计算方法研究

平顶直墙地铁车站PBA工法施工可以采用管棚先行支护。针对PBA法暗挖平顶直墙地铁车站密布横向管棚结构，通过总结管棚“荷载－梁模型”中弹性地基梁、简支梁、固支梁3种简化方法及其计算原理，以北京地铁19号线平安里站工程为背景，采用上述3种模型计算管棚受力变形，并与实测值进行比较分析，然后针对不同工程参数和地质参数进行受力变形影响分析。结果表明： 1）弹性地基梁模型计算弯矩和跨中挠度处于固支梁模型和简支梁模型计算结果之间，其中弹性地基梁模型和简支梁模型计算结果较符合实测数据；但简支梁模型和固支梁模型无法体现导洞侧壁处挠度，且无法体现地层参数的影响以及钢管壁厚对受力的影响。2）最大弯矩值出现在简支梁的跨中，建议在设计时以简支梁模型计算跨中弯矩进行包络，以保证施工安全。3）开挖跨度和覆土厚度（荷载）对弯矩和挠度影响较大，其中跨度影响最大。4）基床系数和钢管壁厚对管棚弯矩影响较小，但对减小挠度有一定作用。     

大跨叠合梁斜拉桥主梁有效宽度分析与研究

为研究大跨叠合梁斜拉桥主梁在弯矩和轴力共同作用的有效分布宽度问题,利用桥梁有限元软件Midas Civil和Midas FEA,选取主跨跨中和主跨L/4区段处作为研究区域,分别建立3个有限元模型:全桥整体杆系、局部杆系、局部实体单元模型,计算混凝土桥面板的正应力分布情况,对比国内外叠合梁规范,分析此混合梁斜拉桥在叠合梁设计上的安全性与合理性,为同类斜拉桥在叠合主梁上的设计提供一定的参考。     

不锈钢筋混凝土梁试验研究

文章通过不锈钢筋混凝土梁与普通钢筋混凝土梁抗弯、抗剪承载力对比试验,比较了两者的破坏过程和各阶段截面变形规律。不锈钢筋混凝土梁在弹性阶段、开裂阶段、破坏阶段的变形与普通钢筋混凝土梁相似;在弹性阶段和开裂初始阶段,跨中截面应变沿高度近似呈直线分布,与平截面假定基本吻合;但接近破坏荷载时,跨中截面应变沿高度分布平截面假定有一定差别;不锈钢筋混凝土梁、普通钢筋混凝土梁开裂弯矩、极限弯矩的实测值与理论值之比没有明显差别,但不锈钢筋混凝土梁实测极限剪力明显高于普通钢筋混凝土梁。鉴于当前不锈钢筋混凝土梁试验资料较少,现行规范计算结果又偏于保守,可暂按《混凝土结构设计规范(GB50010-2010)》进行计算分析,指导不锈钢筋混凝土结构的设计及施工。     

基于响应面法的系杆拱桥吊杆初内力优化

为精确优化系杆拱桥的吊杆内力,提出基于响应面法的系杆拱桥吊杆内力优化方法,优化过程包括试验设计、有限元分析、响应面函数拟合和内力优化。以一跨72m系杆拱桥为例,选取各个吊杆初始内力作为自变量,系梁、拱肋的关键截面弯矩以及系梁关键截面位移和结构应变能作为因变量;采用Box-Behnken试验设计方法进行样本点试验设计,采用显式响应面函数拟合结构静力响应值与吊杆内力间复杂的隐式关系。确定目标函数和多约束条件,采用优化软件对多约束条件下的吊杆内力进行优化分析,给出了成桥在多约束条件下的吊杆最优初内力。研究结果表明：该方法可以很好地对系杆拱桥吊杆初内力进行优化,为系杆拱桥的设计和施工控制提供指导。