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混凝土系杆拱桥非线性混合离散变量优化设计

于雷  
【摘要】:混凝土系杆拱桥以其造型优美,受力合理、造价经济、施工方便及对不同地形地质条件具有较好适应性等特点被广泛采用。但设计普遍比较保守,无论在造价还是从各部分的协调或受力状态等都达不到最佳设计状态,因此,采用优化算法进行设计显得十分必要。 首先,优化设计时,需要进行大量的结构重分析。目前所采用的桥梁结构分析商业软件不开放输入输出数据接口,不能作为子模块被优化主程序直接调用以实现完整的优化计算过程。 其次,桥梁设计过程中的优化变量多为非线性约束、连续及离散变量混合,与连续变量优化算法相比,混合离散变量优化算法还不够成熟,本文针对这方面进行了有益的尝试。 在总结前人研究成果的基础上,本文以一座混凝土系杆拱桥为背景,建立优化模型、应用非线性混合离散变量优化算法进行了优化设计。本文主要工作有: (1)编制有限元结构分析程序,可对系杆拱桥进行结构分析,与Midas软件计算结果进行对比,验证了本文程序的正确性,使得优化计算中的结构重分析成为可能; (2)对非线性混合离散变量算法优化程序进行改编和改进,使之适应了大型优化问题的求解; (3)以拱肋、吊杆和系杆的综合造价总和为目标函数,以拱肋应力、系杆应力、吊杆应力及活载引起的挠度为约束条件,建立优化数学模型; (4)采用本文程序对拱桥进行优化设计并将优化结果用Midas/civil程序进行全面检算,验证优化模型的合理性及优化结果的正确性。


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