[發(fā)明專利]鋼與碳纖維混合拉索斜拉橋拉索設(shè)計方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211566919.8
• 申請日: 2022-12-07
• 公開（公告）號: CN115859434A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮鵬;董禮
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06N3/126;G06F119/14
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 高夢夢

本申請涉及橋梁設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋼與碳纖維混合拉索斜拉橋拉索設(shè)計方法及裝置，其中，方法包括：確定斜拉橋的基本幾何參數(shù)和基本荷載參數(shù)，并確定鋼與碳纖維混合拉索的拉索特性數(shù)據(jù)與各類型拉索的最大拉索種類數(shù)量和拉索規(guī)格選擇表，并基于遺傳算法和深度學(xué)習(xí)方式進行優(yōu)化計算，得到第t代種群中的各個體的適應(yīng)度，由此進行運算直至達(dá)到預(yù)設(shè)迭代或終止運算條件，得到種群的適應(yīng)度最高的個體，獲得優(yōu)化數(shù)值解。本申請實施例可以通過合理設(shè)置遺傳算法參數(shù)，并融合深度學(xué)習(xí)方式預(yù)測，從而提升拉索強度值的估計效率，且能夠使斜拉橋的索力計算更加精確，進而實現(xiàn)了拉索的自動化高效設(shè)計，適用性更強。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及橋梁設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋼與碳纖維混合拉索斜拉橋拉索設(shè)計方法及裝置。

背景技術(shù)

在橋梁設(shè)計中，由塔、梁、拉索作為主要受力構(gòu)件，拉索直接承擔(dān)重力，主梁承擔(dān)軸力和局部彎矩的橋梁被稱為斜拉橋。斜拉橋?qū)儆诙嗉s束超靜定結(jié)構(gòu)，拉索多，索力可調(diào)整，存在多種滿足要求的成橋受力狀態(tài)。

相關(guān)技術(shù)中，現(xiàn)階段斜拉橋拉索一般采用鋼材為主要材料，也存在同時使用碳纖維復(fù)合材料拉索和鋼拉索的斜拉橋，碳纖維復(fù)合材料拉索具有強度高，重量輕，拉索垂度小等特點，使鋼與碳纖維混合拉索斜拉橋跨徑更大。

然而，相關(guān)技術(shù)中，鋼與碳纖維混合拉索斜拉橋的非線性程度更高，約束更多，且混合布置時，可能產(chǎn)生比單一材料拉索斜拉橋更大的拉索間剛度差異，導(dǎo)致成橋索力調(diào)整難度增大，降低了斜拉橋拉索設(shè)計過程的計算效率，無法實現(xiàn)對鋼與碳纖維混合拉索斜拉橋拉索的快速高效設(shè)計，亟待解決。

發(fā)明內(nèi)容

本申請?zhí)峁┮环N鋼與碳纖維混合拉索斜拉橋拉索設(shè)計方法及裝置，以解決相關(guān)技術(shù)中，鋼與碳纖維混合拉索斜拉橋的非線性程度更高，約束更多，且混合布置時，可能產(chǎn)生比單一材料拉索斜拉橋更大的拉索間剛度差異，導(dǎo)致成橋索力調(diào)整難度增大，降低了斜拉橋拉索設(shè)計過程的計算效率，無法實現(xiàn)對鋼與碳纖維混合拉索斜拉橋拉索的快速高效設(shè)計等問題。

本申請第一方面實施例提供一種鋼與碳纖維混合拉索斜拉橋拉索設(shè)計方法，包括以下步驟：確定斜拉橋的基本幾何參數(shù)和基本荷載參數(shù)，并確定鋼與碳纖維混合拉索的拉索特性數(shù)據(jù)與各類型拉索的最大拉索種類數(shù)量和拉索規(guī)格選擇表；基于遺傳算法和深度學(xué)習(xí)方式，根據(jù)所述基本幾何參數(shù)、所述基本荷載參數(shù)、所述拉索特性數(shù)據(jù)、所述最大拉索種類數(shù)量和所述拉索規(guī)格選擇表進行優(yōu)化計算，得到第t代種群中的各個個體的適應(yīng)度，t為正整數(shù)；基于所述第t代種群中的各個個體的適應(yīng)度，匹配所述各個個體被選中的概率，并將交叉算子作用于種群，及將變異算子作用于所述種群，直至達(dá)到預(yù)設(shè)迭代或終止運算條件，得到所述種群的適應(yīng)度最高的個體，解碼所述最高的個體的染色體，獲得優(yōu)化數(shù)值解。

可選地，在本申請的一個實施例中，所述基于遺傳算法和深度學(xué)習(xí)方式，根據(jù)所述基本幾何參數(shù)、所述基本荷載參數(shù)、所述拉索特性數(shù)據(jù)、所述最大拉索種類數(shù)量和所述拉索規(guī)格選擇表進行優(yōu)化計算，得到第t代種群中的各個個體的適應(yīng)度，包括：選用估計索力的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的索力，基于全橋所有拉索的索力形成一個個體，將每個個體對應(yīng)一個染色體，且設(shè)置最大進化代數(shù)，隨機生成多個個體作為初始種群；計算所述第t代種群中的各個個體的初始適應(yīng)度。

可選地，在本申請的一個實施例中，所述計算所述第t代種群中的各個個體的初始適應(yīng)度，包括：根據(jù)恒載估算多根拉索的初始恒載索力；根據(jù)活載估算初始活載索力；根據(jù)所述初始恒載索力和所述初始活載索力計算估算拉索規(guī)格；根據(jù)所述初始恒載索力和所述估算拉索規(guī)格計算估算恒載拉索剛度；根據(jù)所述估算恒載拉索剛度重新計算活載最大索力；根據(jù)所述初始恒載索力和所述活載最大索力重新計算拉索規(guī)格；根據(jù)所述初始恒載索力和拉索規(guī)格計算拉索剛度；根據(jù)所述恒載和所述拉索剛度重新計算最終恒載索力；基于所述初始恒載索力和所述最終恒載索力的誤差的第二范數(shù)的負(fù)數(shù)，獲取所述各個個體的初始適應(yīng)度。

可選地，在本申請的一個實施例中，所述初始活載索力的計算公式為：