軌道交通U型梁的截面優(yōu)化設計.pdf

1、U型梁是城市軌道交通中最為新穎的一種高架橋橋型，在國內(nèi)外都得到了越來越多的應用。U型梁是由底板、腹板及橫梁等部分組成的一種新型的預應力混凝土橋梁，屬于下承式預應力混凝土橋梁，它具有節(jié)省投資、外形美觀、軌面標高低、施工周期短等特點。U型梁的橫截面比較特殊，腹板和底板比較薄，并且截面整體向上開口，導致抗扭剛度與傳統(tǒng)梁截面相比較差，傳統(tǒng)的U型梁由于受力比較冗雜，制作步驟較多，并且施工過程繁雜等一系列問題，對U型梁更大范圍內(nèi)的使用造成了一定的限

2、制。而且，現(xiàn)階段U型梁在我國軌道交通中正處于起步階段，對于U型梁的研究并不多，國內(nèi)外對于U型梁的截面優(yōu)化的研究少之又少。為了使U型梁更加經(jīng)濟適用，使U型梁能夠在城市軌道交通中得到更好的應用，就要分析U型梁的受力特性，對于U型梁的截面優(yōu)化設計就顯得尤為重要。
　　設計橋梁的最根本要求就是要保證橋梁安全、適用和經(jīng)濟。優(yōu)化設計能夠使材料的性能得到最合理最充分地利用，使單元內(nèi)部各個單元最好的協(xié)調(diào)，使各單元具有規(guī)范的安全度。同時，優(yōu)化設計為

3、結構整體性方案設計進行科學合理的決策，它是實現(xiàn)設計安全和經(jīng)濟的最終目標的有效途徑。遺傳算法是目前采用最廣泛的一種進行截面優(yōu)化的數(shù)學方法，它是建立在優(yōu)勝劣汰生物進化理論和生物遺傳學說基礎上的一種并行、高效的整體探求方式，具有適用范圍廣泛，優(yōu)化結果準確等很多優(yōu)點。
　　本文以上海某軌道交通中的U型梁橋作為工程背景，采用有限元分析軟件MIDAS CIVIL和數(shù)學模型計算軟件MATLAB，先使用遺傳算法對U型梁截面進行優(yōu)化計算，再使用梁單

4、元法建立模型對不同截面的U型梁的受力性能進行研究對比，得到符合規(guī)范并滿足受力條件的最優(yōu)化的截面。主要內(nèi)容包括：
　?。?）通過分析U型梁的受力特點，來確定具有主要決定作用的截面參數(shù)。對于U型梁來說，決定結構受力特性的變量有梁高、腹板厚度尺寸、底板厚度尺寸和預應力配筋面積等，四種不同的截面參數(shù)決定了U型梁的截面形狀，也對結構受力有不同的影響。
　?。?）運用遺傳算法工具箱，從工程自身的實際問題出發(fā)，得到數(shù)學模型，確定目標函數(shù)、

5、設計變量和約束條件。本文中以預應力U型梁的制造成本為目標函數(shù)，以正截面強度要求、規(guī)范對結構尺寸的限定以及滿足施工和使用階段的應力等要求作為約束條件，分別以U型梁截面的梁高、腹板厚度、底板厚度和預應力配筋面積為設計變量，應用遺傳算法對得到的數(shù)學模型進行計算最終得到最佳的截面形式。
　?。?）結合以上數(shù)據(jù)，利用MIDAS CIVIL軟件就優(yōu)化前后的截面構造形式分別用梁單元法建模，對不同參數(shù)下的截面進行受力特性的對比計算，通過對比得出最