基于多目标控制的钢桁系杆拱桥无应力状态计算研究

作     者：王宁波 范治豪 常柱刚 

作者机构：中南大学土木工程学院 长沙市规划设计院有限责任公司 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52278233) 

主　　题：钢桁系杆拱桥 无应力线形 水平系杆力 双目标有限迭代 空间位置信息 

摘      要：为获取大跨钢桁系杆拱桥精准无应力线形和合理成桥系杆力，考虑系杆拱桥无应力状态特征和成桥状态水平系杆力取值目标，提出一种基于多目标控制的钢桁系杆拱桥无应力状态计算方法。以无应力线形经荷载作用变形后的空间位置与设计线形间的差值和拱脚位移均逼近0作为迭代计算目标，选定钢桁系杆拱桥设计线形参数为初始无应力状态空间位置信息，考虑实际施工工序存在的结构体系转换特征，计算其在荷载作用下变形后线形空间位置信息和设计线形间的差值和拱脚位移。将空间位置信息差值反向叠加至无应力线形并根据拱脚位移计算初始系杆索力，从而实现拱肋无应力状态空间位置信息和水平系杆力的同步更新。开展多次迭代计算，直至空间位置信息差值和拱脚水平位移均满足迭代目标。结合某大跨钢桁系杆拱桥设计参数，开展钢桁系杆拱桥无应力状态计算研究，同步获取拱肋无应力线形节点空间位置和合理成桥系杆力。对比无应力状态计算结果与实际设计采用值，两者上弦杆预拱度幅值分别为6.9cm和8.2cm，拱脚水平位移分别为3.1×10-5cm和1.2cm，比较接近，验证了本文无应力状态计算方法的正确性和可行性。基于多目标控制的钢桁系杆拱桥无应力状态计算方法能获取精准无应力状态信息，可为此类桥梁的设计和施工提供重要指导。