桥梁荷载试验车辆自动化布载算法研究

摘要

在役桥梁检测，以及建成桥梁通车前，都需要对桥梁进行荷载试验。随着设计理论以及施工技术的快速发展，当代的桥梁结构形式变得越来越复杂，对桥梁结构有影响的因素繁多，单从理论分析来确定桥梁的承载能力及某些力学性能，变得越来越困难，而获取在役桥梁承载能力最有效、最直接的办法就是进行桥梁的荷载试验。同时，随着现在普遍对在役桥梁的检测维护越来越重视，桥梁荷载试验做的越来越多。然而与当今自动化、智能化的趋势格格不入的是，当前的桥梁荷载（静载）试验在方案设计时，试验车辆的具体加载位置的确定仍采用手工试算的方法，一般都是根据已有经验，寻找一个大致的位置，再进行微调，而这样就导致了工作量大、效率低下的问题，更重要的是可能无法判断非加载截面的效率值是否超限，带来安全上的问题。针对荷载试验的现状，开发出一套能实现快速荷载试验车辆自动化布载的程序显得很有实际价值。本文主要研究内容有:
　　①针对荷载试验加载仍处于手工加载的现状，提出根据优化设计原理，建立荷载试验车辆加载的优化设计模型，其以车辆布置位置、车辆行驶方向、车辆类型以及占用车道数作为设计变量，以控制和非控制截面的加载效率不超限、车辆间间距不小于某一定值为约束条件，以使用试验车辆的数量或者费用作为目标函数，该优化问题是多维有约束优化问题。
　　②基于现有的VEA程序，引入新的智能优化算法（模拟退火法和遗传算法），并针对试验车辆加载优化问题这一混合变量问题的特征对模拟退火法和遗传算法进行了适当的改进。
　　③通过已有的工程实例比较分析了采用不同算法的优化结果，验证了程序的适用性。对于简支梁桥、连续钢构桥、斜拉桥和梁拱组合体系桥而言，程序具有良好的适用性，能较快的给出安全、稳定的优化布载方案。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 优化设计方法

2．1 优化设计方法的概述

2．1．1 优化设计的数学模型

2．1．2 优化设计的解法

2．2 基本模拟退火法概述

2．2．1 热力学中的退火过程

2．2．2 模拟退火法的构造

2．2．3 冷却进度表的选取

2．2．4 模拟退火法的流程

2．3 基本遗传算法概述

2．3．1 遗传算法的基本概念

2．3．2 遗传算过的基本过程

2．3．3 控制参数选择

2．3．4 遗传算法的基本原理

2．4 本章小结

第三章 桥梁静载试验介绍及优化数学模型的建立

3．1 桥梁静载试验介绍

3．1．1 静载试验的概述

3．1．2 静载试验工况选择

3．1．3 试验荷载等级的确定

3．2 静载试验优化算法的建立

3．2．1 静载试验优化问题数学模型

3．2．2 约束条件的处理

3．2．3 静载试验优化问题的模拟退火法实现

3．2．4 静载试验优化问题的遗传算法实现

3．3 本章小结

第四章 车辆自动化布载程序VEA介绍

4．1 程序简介

4．2 程序界面

4．3 本章小结

第五章 车辆自动化布载程序VEA算例验证

5．1 验算算例一：简支梁桥

5．1．1 工程概况

5．1．2 主要设计方案

5．1．3 静载试验优化设计与结果分析

5．2 算例验证二i．斜拉桥

5．2．1 工程概况

5．2．2 主要设计方案

5．2．3 静载试验优化设计与结果分析

5．3 算例验证三：连续刚构桥

5．3．1 工程概况

5．3．2 主要设计方案

5．3．3 静载试验优化设计与结果分析

5．4 算例验证四：梁拱组合体系桥

5．4．1 工程概况

5．4．2 主要设计方案

5．4．3 静载试验优化设计与结果分析

5．5 验算算例五：斜拉桥荷载试验费用计算

5．5．1 工程概况

5．5．2 主要设计方案

5．5．3 静载试验优化设计与结果分析

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文主要结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果