基于可靠度最优分配的自锚式简支桁架悬索桥优化设计研究

摘要

获得经济且安全可靠的桥梁结构是桥梁设计师们所追求的目标，显然优化设计是获得这一目标的有效手段，但当前的确定性优化设计方法由于无法考虑实际工程中客观存在的不确定性而无法在工程中推广实施，而基于可靠度的优化设计方法恰恰可以弥补这方面的不足。但当前该方法的研究主要限于构件设计阶段，缺乏结构体系方面的研究工作。本文以自锚式简支桁架悬索桥为研究对象，尝试采用基于可靠度最优分配的优化设计理论，对整个结构体系及其组成构件进行了静力和动力可靠度优化设计，获得了更为经济合理的桥梁结构，同时为其它桥梁结构体系采用基于可靠度的优化设计方法提供了重要参考。本文主要研究工作如下：
　　1.基于MATLAB平台开发编制了JC法的计算程序，大大提高了可靠性指标的求解效率。
　　2.建立了基于可靠度最优分配的数学模型，并把模型应用到桁架结构中，对静定桁架和超静定桁架分别进行了优化设计，验证了基于可靠度最优分配的优化设计理论的适用性和有效性。
　　3.采用ANSYS软件建立了自锚式简支桁架悬索桥的有限元分析模型，并应用修正?约界法对整个桥梁结构的失效路径进行了搜索，获得了桥梁结构体系的系统可靠度。
　　4.对自锚式简支桁架悬索桥进行了基于可靠度最优分配的静力可靠度优化设计，优化了各组成构件的可靠度和截面尺寸，获得了更为经济合理的设计方案，达到了优化设计的目的，同时证明了基于可靠度最优分配的优化设计理论对大型桥梁结构优化设计的可行性。
　　5.对自锚式简支桁架悬索桥进行了基于可靠度最优分配的动力可靠度优化设计，建立了结构体系的动力可靠度优化设计模型，采用反应谱方法对整个结构体系组成构件的可靠度及其设计变量进行了优化分配，初步显示了基于可靠度最优分配的优化设计理论在桥梁结构抗震设计中的潜力。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 自锚式悬索桥的历史沿革

1.3 基于可靠度的结构优化设计研究现状

1.4 本文主要内容

第二章 基于可靠度的结构优化设计理论简介

2.1 结构可靠度理论基础

2.2 结构可靠度计算方法

2.3 基于可靠度的结构优化设计

2.4 本章小结

第三章 桁架结构的可靠度优化研究

3.1 引言

3.2 桁架结构优化数学模型的建立

3.3 算例分析

3.4 本章小结

第四章 自锚式简支桁架悬索桥的系统可靠度求解

4.1 引言

4.2 失效模式的确定方法

4.3 结构模型的划分

4.4 系统可靠度的计算理论

4.5 自锚式简支桁架悬索桥的失效路径

4.6 本章小结

第五章 自锚式简支桁架悬索桥静力可靠度最优分配研究

5.1 引言

5.2 自锚式简支桁架悬索桥静力可靠度最优分配的数学模型

5.3 自锚式简支桁架悬索桥静力可靠度最优分配分析

5.4 本章小结

第六章 自锚式简支桁架悬索桥动力可靠度最优分配研究

6.1 引言

6.2 自锚式简支桁架悬索桥动力可靠度最优分配的数学模型

6.3 自锚式简支桁架悬索桥动力可靠度最优分配分析

6.4 本章小结

第七章 结论

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果

致谢