确定PC斜拉桥合理成桥状态的索力和预应力耦合优化方法

摘要

桥梁设计中一般要遵循安全、适用、经济、美观的原则。设计过程中一旦结构形式和主要尺寸拟定好以后,就面临着如何解决结构的安全和经济之间的矛盾,这一矛盾的具体表现就是有效的控制结构的内力状态和降低用以平衡该内力所耗费的材料费用。
　　 斜拉桥是一种高次超静定结构,上部结构主要由梁、塔和索三部分组成,斜拉索的索力对结构体系的内力分布有很大的影响,特别对于大跨斜拉桥而言,索力往往成为控制全桥受力的关键。因此斜拉桥的设计往往是从确定成桥状态开始的,确定合理的斜拉桥的成桥状态,是首先必须解决的问题。关于如何确定PC斜拉桥的合理成桥状态,国内外的学者已经总结出了很多方法,但这些方法都各有其侧重点和局限性。
　　 本文在总结前人研究成果的基础上,针对如何确定PC斜拉桥的合理成桥状态这一问题,主要完成了以下工作：
　　 1.综述了PC斜拉桥的发展情况,总结了其特点和发展趋势,总结了斜拉桥合理成桥状态确定的相关情况,并分析了各种方法的适用范围；
　　 2.在总结前人确定斜拉桥合理成桥状态方法的基础上提出了索力和预应力耦合优化的确定PC斜拉桥合理成桥状态的方法,建立了相关的数学优化模型,并介绍了一些建模中的技术处理方法；
　　 3.介绍了求解该模型的具体方法一改进的约束变尺度法,讨论了相关的改进措施,对该方法的原程序功能进行了一定扩充,并通过数值算例验证了该程序的正确性。
　　 4.将该方法应用于一座典型的大跨度PC斜拉桥验证后发现,优化后的索力分布合理,梁、塔应力分布情况较好,主梁只需配置很少的预应力筋即可满足使用要求,达到了优化目的。由此可见,该方法用于确定PC斜拉桥的合理成桥状态是有效、可行的。