波形鋼腹板PC組合箱梁橋截面優(yōu)化設(shè)計(jì)和剪力連接件研究.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步,計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展,借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)我們可以將先進(jìn)的優(yōu)化算法、優(yōu)化思想和工程實(shí)際相結(jié)合,對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確、高效、快速的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。這也是未來(lái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域不可逆轉(zhuǎn)的必然趨勢(shì)。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)有著相似的設(shè)計(jì)原則和過(guò)程,二者之間的差別在于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)缺乏經(jīng)濟(jì)性和安全性等評(píng)價(jià)指標(biāo)。而結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想就是在明確結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)、安全等指標(biāo)的前提下,結(jié)合先進(jìn)的算法和計(jì)算機(jī)技術(shù),實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析、設(shè)計(jì)等全部過(guò)程。結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2、設(shè)計(jì)有利于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。本文正是基于這樣的研究背景,針對(duì)目前橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域存在的各種問(wèn)題,提出了對(duì)橋梁截面進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化、截面尺寸優(yōu)化,來(lái)解決目前在橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域存在的重復(fù)設(shè)計(jì)、低效設(shè)計(jì)的弊病,進(jìn)一步拓展優(yōu)化設(shè)計(jì)的適用范圍。
　　本文依托邢臺(tái)某波形鋼腹板PC組合箱梁橋展開優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,具體完成以下幾個(gè)方面的工作:
　　1.在廣泛閱讀文獻(xiàn)和調(diào)研的基礎(chǔ)上,深入總結(jié)了波形鋼腹板PC組合箱梁橋的特點(diǎn)、發(fā)展現(xiàn)狀、受力性能。同時(shí)總結(jié)了結(jié)

3、構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀以及針對(duì)波形鋼腹板這種橋型優(yōu)化設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題。
　　2.對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化設(shè)計(jì)的分類、常用的優(yōu)化算法進(jìn)行了研究。介紹了ANSYS軟件的優(yōu)化理論及其優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,同時(shí)總結(jié)了基于ANSYS能夠識(shí)別的APDL語(yǔ)言優(yōu)化的一般步驟。
　　3.利用APDL語(yǔ)言對(duì)ANSYS內(nèi)嵌的拓?fù)鋬?yōu)化模塊進(jìn)行了二次開發(fā)和拓展,編寫了基于位移靈敏度和應(yīng)力靈敏度的ESO拓?fù)鋬?yōu)化程序。給出了波形鋼腹板PC組合截面的拓?fù)鋬?yōu)化

4、問(wèn)題的求解方法,獲得了布局合理的截面形式。通過(guò)ANSYS內(nèi)嵌的優(yōu)化模塊求解了拱橋的最優(yōu)橋型形式,比較了二維和三維結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的不同。這種將優(yōu)化算法與ANSYS優(yōu)化模塊相結(jié)合來(lái)解決結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題的模式,為類似優(yōu)化軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。
　　4.總結(jié)了波形鋼腹板PC組合箱梁橋的主要受力特點(diǎn),包括抗彎設(shè)計(jì)、抗剪設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。在結(jié)合以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)已建在建類似橋梁尺寸分析的基礎(chǔ)上,給出了波形鋼腹板幾何參數(shù)的取值范圍。在已有

5、截面拓?fù)鋬?yōu)化研究成果的基礎(chǔ)上,采用APDL語(yǔ)言編寫了截面尺寸優(yōu)化程序,對(duì)變高截面波形鋼腹板PC組合箱梁橋3個(gè)典型節(jié)段進(jìn)行了截面全參數(shù)、多約束的尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì),獲得了結(jié)構(gòu)合理的截面尺寸。
　　5.通過(guò)對(duì)Twin-PBL、S-PBL兩種剪力連接件推出試驗(yàn)的數(shù)值模擬,分析了連接件從開始受力到剪斷破壞的全過(guò)程。研究了兩種連接件的滑移量、承載能力、構(gòu)件應(yīng)力等力學(xué)性能的不同,總結(jié)了PBL剪力連接件的破壞機(jī)理及破壞種類。通過(guò)對(duì)波形鋼腹板PC組合箱