結構拓撲、形狀和尺寸最優(yōu)化方法在斜拉橋加勁梁設計中應用.pdf

1、斜拉橋是高次超靜定結構。斜拉橋的主梁是斜拉橋的主要承重構件之一，主梁的立面和斷面構造型式，對整個體系的受力性能、行車條件、經濟效益等都有直接的影響。因此，斜拉橋主梁的設計和安全在全橋中占有舉足輕重的地位。然而由于斜拉橋主梁的受力條件復雜，所以對其進行結構設計比較困難。設計時都是根據經驗擬定初始結構尺寸，進行多次試算取得滿足條件的較優(yōu)結構形式。本文進行結構優(yōu)化設計就是為提高設計水平，減輕設計者的繁瑣勞動。 本論文結合軍山長江大橋，

2、對斜拉橋主梁進行了橫向拓撲優(yōu)化、縱向形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化等三個層次上的研究。主要內容有： (1)針對傳統(tǒng)的漸進結構優(yōu)化方法的奇異性問題，提出一種基于收斂性的雙方向漸進結構優(yōu)化方法。該方法不僅能保證迭代收斂到最優(yōu)解，而且收斂速度快，程序編制簡單。 (2)用這種基于收斂性的雙方向漸進結構優(yōu)化方法對斜拉橋主梁進行了橫向拓撲優(yōu)化研究。從理論上證明了閉口箱形截面是大跨度鋼斜拉橋主梁的最合理的截面形式，同時也證明了該雙方向漸進結構優(yōu)化

3、方法的實用性，可行性。(3)根據橫向拓撲優(yōu)化的結果，確定主梁橫截面拓撲，建立斜拉橋的空間板、梁和桿單元的組合模型，對斜拉橋主梁進行了縱向的形狀和尺寸優(yōu)化。目標函數(shù)為主梁橫截面面積最小。研究發(fā)現(xiàn)，縱向肋板的間距和位置對頂板和底板的應力和位移有很大的影響。肋板間距過大，會加大頂板、底板和肋板的厚度，使結構不合理，而間距過小又會給施工帶來不便。 (4)因為形狀和尺寸優(yōu)化采用的是空間計算模型，所以優(yōu)化時還必須進行斜拉索的成橋索力優(yōu)化，形