斜跨拱桥合理成桥索力的优化方法

摘要

随着社会的发展，桥梁结构已不单纯满足交通功能，也是作为一种空间艺术结构物存在于社会之中。对桥梁美学的日益重视，促进了桥梁造型的丰富多彩。在传统拱桥的基础上，一些新颖的异型拱桥呈现在人们面前。这些异型拱桥在追求视觉美感的同时，牺牲了一些结构受力的合理性，对于这些桥梁，只有在美学与力学之间找到平衡点，才能收获合理的设计。 本文以张家口通泰大桥为工程背景，研究了确定斜跨式异型拱桥合理成桥状态索力的优化方法；并对拱肋的自振特性进行了分析。具体内容如下： 研究了基于能量法并考虑空间效应的合理成桥索力无约束和有约束优化分析方法。以张家口通泰大桥为工程背景，采用有限元分析软件和数学应用软件MATLAB进行了无约束和有约束优化分析，以验证两种方法在确定斜跨拱桥合理成桥索力时的适用性。在以成桥状态应变能最小为目标进行了一次无约束优化分析后索力不能满足要求，通过添加权系数并构造索力优化函数进行分析使索力合理性条件得到了满足；依然以成桥状态能量最小和索力合理性条件为目标，兼顾活载受力状态并增加内力约束条件，进行了有约束优化分析，得到了较为合理的成桥状态。分析了成桥状态对于所优化目标参数的敏感性，尝试对斜跨式异型拱桥合理成桥状态的确定方法进行简化。通过分析，考虑主梁的扭转及面内弯曲应变能将对全桥优化的内力结果造成显著的影响。 分析了拱肋自振特性并对比了温度，支座沉降，局部刚度变化工况对其的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1异型拱桥概述

1.2异型拱桥的发展

1.3选题的意义

1.4工程背景

1.5本文研究的主要内容

2工程最优化计算方法

2.1 概述

2.2无约束优化算法

2.2.1拟牛顿(quasi-Newton)方法

2.2.2线性搜索方法

2.3有约束优化算法

2.3.1 可行方向法

2.3.2惩罚函数法

2.3.2二次规划(QP)算法

2.4 MATLAB及优化工具箱简介

3斜跨拱桥合理成桥状态的确定

3.1合理成桥状态概述

3.2梁拱组合体系桥合理成桥状态索力确定方法

3.2.1 刚性支承连续梁法

3.2.2力的平衡法

3.2.3刚性吊杆法

3.2.4能量法—无约束方法

3.2.5有约束方法

3.3斜跨拱桥合理成桥状态索力的优化方法

3.3.1概述

3.3.2无约束优化方法

3.3.3有约束优化方法

3.4张家口通泰桥合理成桥状态索力的分析

3.4.1模型的建立

3.4.2无约束优化分析

3.4.3有约束优化分析

3.4.4小结

3.5斜跨拱桥合理成桥状态优化影响因素分析

3.5.1面内弯矩

3.5.2面外弯矩

3.5.3扭矩

3.5.4轴力

3.5.5 小结

4拱肋自振特性分析

4.1 概述

4.2结构自振特性有限元数值分析法

4.2.1结构动力特性分析的一般步骤

4.2.2结构自振特性有限元数值分析法

4.2.3结构振动的特征值问题

4.3 拱肋自振特性敏感性分析

4.3.1拱肋自振特性

4.3.3拱脚位移的影响

4.3.3温度变化的影响

4.3.4刚度变化的影响

4.3.5小结

结 论

参考文献

致 谢