[發明專利]一種懸索橋整體結構分析的參數化優化方法

在審

• 申請號: 201810960261.6
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN108875286A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 檀永剛;吳佳琪;張哲;黃才良;邱文亮;譚彥斌;耿鐵鎖
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

一種懸索橋整體結構分析的優化方法，步驟如下：確定懸索橋主要構件尺寸參數，選擇設計變量；建立懸索橋的參數化有限元模型，進行靜力分析；判斷懸索橋的受力和變形是否符合規范，若不符合計算應力調整系數，更新構件尺寸；判斷應力或變形是否小于規范的40％，若不符合更新構件尺寸，反之，進入精確優化；計算錨碇、索夾、吊桿和主纜；建立優化目標函數，選擇改進的遺傳算法進行求解；若優化過程不收斂，重新進行初步優化，調整構件尺寸；輸出優化結果。本發明的優化過程中引入兩個設計變量對目標函數的影響因子，精確控制改進方向，從而對懸索橋整體結構進行優化，達到受力合理、造價經濟的目標。

技術領域

本發明屬于橋梁設計和優化理論技術領域，具體涉及到一種懸索橋整體結構分析的參數化優化方法。

背景技術

隨著我國交通事業的迅猛發展，跨越大江、大河、海灣的特大型橋梁越來越多，作為跨越能力大、受力性能好、輕盈美觀的現代大跨徑懸索橋運用越來越多。懸索橋是以主纜索受拉為主要承重構件的橋梁結構，其結構構造包括基礎、塔墩、錨碇、主纜索、吊索、加勁梁及橋面結構等，其工程造價通常很大。目前最常用的設計方法主要以經驗設計和有限元計算為主，根據有限元計算的結果適當調整結構的尺寸，以達到受力合理和造價相對節省的目標。但是由于懸索橋結構復雜，設計參數眾多，每個參數的變化都影響到結構的受力狀態，如果以經驗的方法來確定優化的結果，一般是不能找到最優解的。近期理論上也探索過懸索橋的結構優化問題，研究的方法主要分為兩種，一是人為更新設計變量，然后分別進行靜力分析；二是基于ANSYS等軟件中的優化程序對結構進行優化。兩者優化過程都存在一些缺點，人為地進行設計變量的更新，導致設計變量不連續，優化效率不高、結果不夠精確；ANSYS中的優化方法主要為零階方法、一階方法，其中零階方法屬于粗優化方法，精度不高，而一階優化的精度雖然比零階優化要高，但是求解過程復雜，并且可能陷入局部最小點。

發明內容

本發明提供了一種懸索橋整體結構分析的參數化優化方法。該方法實現懸索橋的參數化建模，并在恒載作用下自動調整索力，利用MGA算法(改進的遺傳算法)，引入兩個設計變量(邊跨l₁，矢高f，)對目標函數的影響因子，精確控制改進方向，從而對懸索橋整體結構進行優化，達到受力合理、造價經濟的目標。本發明優化過程分為兩部分，一是初步優化，二是精確優化。首先進行初步優化，根據參數變化引起的變形內力變化趨勢調整懸索橋主要構件尺寸，使得懸索橋的變形和內力在合理的范圍內，既不超過規范的限值，也不過小使得材料無法完全發揮其性能。其次是精確優化，利用數學的優化模型進行懸索橋的整體優化。

本發明的技術方案：

一種懸索橋整體結構分析的參數化優化方法，包括以下步驟：

初步優化步驟：

S1.確定懸索橋主要構件尺寸參數，選擇設計變量。

根據設計要求，確定懸索橋的主要構件尺寸和荷載(主跨跨徑l，吊桿間距a，橋面系重度q₁，二期恒載q₂)，并選擇優化過程的設計變量。依據主要構件尺寸和荷載的初值，計算邊跨跨徑l₁，矢高f，塔高h，主纜截面面積A_d，吊桿截面面積A_h，索塔截面面積A_t的初始結果。

S2.建立懸索橋的參數化有限元模型，進行靜力分析。