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基于启发式算法的重力式挡土墙压力计算及截面优化设计

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水利技术监督 2024年第3期 108-111页

作者：范晓香临沂市水利水电工程建设监理中心山东临沂276000

由于传统方法在重力式挡土墙压力计算及截面优化设计中应用效果不佳,不仅压力计算误差比较大,而且优化后重力式挡土墙抗滑稳定安全系数仍然比较低,文章提出基于启发式算法的重力式挡土墙压力计算及截面优化设计。利用朗金理论对重力式... 详细信息

由于传统方法在重力式挡土墙压力计算及截面优化设计中应用效果不佳,不仅压力计算误差比较大,而且优化后重力式挡土墙抗滑稳定安全系数仍然比较低,文章提出基于启发式算法的重力式挡土墙压力计算及截面优化设计。利用朗金理论对重力式挡土墙压力计算,建立挡土墙截面优化模型,利用启发式算法对数学模型求解,得出最优挡土墙截面参数组合,以此完成基于启发式算法的重力式挡土墙压力计算及截面优化设计。经实验证明,设计方法压力计算误差在0.1kPa以内,截面优化后挡土墙抗滑稳定安全系数在0.9以上,为重力式挡土墙压力计算及截面优化设计提供了参考依据。

关键词：启发式算法重力式挡土墙压力计算截面优化朗金理论

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钢混组合梁截面形式优化研究

工程建设（维泽科技） 2024年第2期7卷 149-152页

作者：叶梦雨中南勘察设计院集团有限公司湖北武汉430074

组合梁桥是指采用剪力连接件将抗拉性能好的钢材构件与抗压性能好的钢筋混凝土结构结合成组合截面工作的一种复合式结构。近年来,随着组合梁技术的不断发展,其使用范围已扩展到连续梁桥、拱桥和斜拉桥等多种复杂体系。组合梁中的钢梁部... 详细信息

组合梁桥是指采用剪力连接件将抗拉性能好的钢材构件与抗压性能好的钢筋混凝土结构结合成组合截面工作的一种复合式结构。近年来,随着组合梁技术的不断发展,其使用范围已扩展到连续梁桥、拱桥和斜拉桥等多种复杂体系。组合梁中的钢梁部分也由早先单一的钢板梁拓宽到钢箱梁、钢槽梁和钢桁梁,组合梁的截面形式也由工字形发展到箱型、倒梯形甚至三角形[1]。当主梁截面采用多根单梁组成多箱室截面时,不同的截面形式造成单梁之间横向联系方式和混凝土桥面板施工方法大不相同。本文研究同等跨径、同等宽度条件下某省两条高速公路主线桥钢混组合梁截面形式由钢箱梁优化为钢槽梁后各方面性能指标,为今后的项目建设提供依据和参考.

关键词：钢混组合梁钢箱梁钢槽梁截面优化

轨宽为1250 mm且跨度为25 m时跨座式单轨交通的预应力钢筋混凝土轨道梁截面跨高比

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城市轨道交通研究 2024年第1期27卷 133-137页

作者：赵军伟申彦利杜鹏河北工程大学土木工程学院邯郸056038 河北省装配式结构技术创新中心邯郸056038 河北工程大学新型单轨交通体系工程研究中心邯郸056038

[目的]为适应新型跨座式单轨列车的构造特点,需对新型预应力钢筋混凝土轨道梁开展力学性能分析及界面优化研究。[方法]提出了适合该新型列车特点的预应力钢筋混凝土轨道梁,并采用经验证的数值分析模型,对8根具有不同跨高比的25 m跨轨道... 详细信息

[目的]为适应新型跨座式单轨列车的构造特点,需对新型预应力钢筋混凝土轨道梁开展力学性能分析及界面优化研究。[方法]提出了适合该新型列车特点的预应力钢筋混凝土轨道梁,并采用经验证的数值分析模型,对8根具有不同跨高比的25 m跨轨道梁开展了静力分析。[结果及结论]提出的新型预应力钢筋混凝土轨道梁的力学性能满足规范要求;25 m跨度的新型轨道梁在跨高比为16.6~18.5时具有较好的力学性能。

关键词：跨座式单轨预应力钢筋混凝土轨道梁力学性能截面优化有限元分析

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UHPC-NSC组合桥墩滞回性能研究及截面优化设计

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工程力学 2023年

作者：曾显志朱圣春邓开来赵灿晖袁星西南交通大学土木工程学院中国十九冶集团有限公司抗震工程技术四川省重点实验室

超高性能混凝土（UHPC）-普通混凝土（NSC）组合桥墩具有显著的力学性能优势和良好的工程应用前景，但目前由于缺乏相应的设计方法而严重阻碍了其实际工程应用。本文针对UHPC-NSC组合桥墩的滞回性能开展拟静力试验研究，探讨不同UHPC外... 详细信息

超高性能混凝土（UHPC）-普通混凝土（NSC）组合桥墩具有显著的力学性能优势和良好的工程应用前景，但目前由于缺乏相应的设计方法而严重阻碍了其实际工程应用。本文针对UHPC-NSC组合桥墩的滞回性能开展拟静力试验研究，探讨不同UHPC外壳厚度对其抗震性能的影响规律。试验研究发现，随外壳厚度增加，组合桥墩的承载能力和耗能能力明显增加，但受压损伤程度、承载力退化速率和延性等性能均呈先增加后降低的趋势。基于试验结果，建立了组合截面计算模型，研究了不同外壳厚度等参数的影响规律，提出了组合截面屈服弯矩和屈服曲率计算公式，并揭示了外壳厚度影响机理。进一步以最优NSC受压贡献率和最大化极限曲率为目标，进行了组合截面优化设计，最终建议了最优UHPC外壳厚度，可保证UHPC材料性能得以充分利用的同时，组合截面具有较大极限曲率、组合桥墩具有较好的变形能力，从而为组合桥墩的实际工程应用提供支撑。

关键词：组合桥墩超高性能混凝土滞回性能截面特性分析屈服弯矩截面优化

中等跨径钢板组合梁桥截面优化及模型试验研究

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中等跨径钢板组合梁桥截面优化及模型试验研究

作者：侯坤湖南大学

学位级别：硕士

钢板组合梁桥由混凝土板及工字形钢梁组合而成,此类桥梁充分发挥了两种材料的性能,受力性能优越且自重轻,在施工和运输等方面具有独特的优势。结合目前我国钢铁产能过剩的现状,国家鼓励钢材使用从而达到去产能的目的,近几年推出多个文... 详细信息

钢板组合梁桥由混凝土板及工字形钢梁组合而成,此类桥梁充分发挥了两种材料的性能,受力性能优越且自重轻,在施工和运输等方面具有独特的优势。结合目前我国钢铁产能过剩的现状,国家鼓励钢材使用从而达到去产能的目的,近几年推出多个文件鼓励钢-混组合桥梁的应用,推进桥梁标准化设计、工厂化预制生产和装配化快速施工的发展。因此,作为钢-混组合桥梁的一种,中等跨径钢板组合桥梁具有实现标准化设计和预制装配施工的发展潜力。但由于我国对钢-混组合结构的研究和应用起步晚,现有桥梁中钢板组合桥梁占比少,对其认识也不充分,钢板组合结构还存在诸多问题需要解决。例如我国有关钢板组合梁桥的设计规范还不完善,导致钢板组合梁桥设计形式多种多样、难以实现标准化,这将给钢板组合梁桥的推广应用造成阻碍。本文希望通过对钢板组合梁桥截面进行优化设计研究,给出推荐截面尺寸、实现标准化设计和施工,以促进钢板组合梁桥的应用和发展。本文以中等跨径钢板组合梁桥为研究对象,主要研究工作包括:(1)系统统计了18项国内已建或在建的钢板组合梁桥项目设计图纸和部分标准图,从结构体系、施工方法、主梁数量及间距、腹板加劲肋布置形式、横梁布置形式和材料用量方面进行了深入调研,研究并提炼钢板组合梁桥的主要关键技术,为实际工程的结构和构造的优化设计提供技术参考和宏观指导。(2)全面阐述了关于计算钢板组合梁桥的荷载横向分布系数的方法。根据依托工程建立了ANSYS空间实体有限元模型,对少横向联系的30m跨径钢板组合梁桥的荷载横向分布情况进行了研究,并讨论分析了刚性横梁法、刚接梁法和AAS HTO LR F D规范计算方法的适用性。同时,选取混凝土桥面板厚度和钢横撑刚度为参数,研究分析了各参数对荷载横向分布的影响。为后续的截面优化提出合适的荷载横向分布系数计算方法。(3)以依托工程为背景,结合钢-混组合梁桥设计规范,考虑桥梁在运营过程中的实际荷载作用,以全桥造价、全桥钢材用量和全桥重量为目标函数,以应力控制、变形控制、局部稳定和构造要求为约束条件,分别建立了30m跨径钢板组合简支和连续梁桥的单目标优化模型。使用Python语言编写优化程序,利用遗传算法求解优化模型,优化分析给出了推荐的构造截面尺寸和主梁跨高比的建议取值,为中等跨径钢板组合梁桥提供设计参考。(4)在单目标优化模型的基础上,以造价最少和主梁刚度最大为目标建立了30m钢板组合简支梁桥的多目标优化模型。使用P yt hon语言编写优化程序,利用遗传算法求解优化模型,计算得到了考虑不同权重时钢梁上翼缘板尺寸和主梁跨高比的变化情况,并根据造价、跨高比和主梁间距的关系进行拟合得到了回归方程公式。(5)设计制作了共4片钢板组合简支梁进行抗弯性能试验,其中3片为小比例试验模型,1片为根据优化结果设计制作的大比例试验模型。通过有限元计算分析和抗弯性能试验,得到了试验梁的抗弯承载力。同时,结合国内外抗弯承载力计算方法,将有限元结果和试验结果与规范计算结果进行了对比分析,掌握了规范设计计算方法的安全余量。

关键词：钢板组合梁截面优化数值分析模型试验荷载横向分布系数

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管梁截面形状与尺寸的协同优化研究

机械科学与技术 2023年

作者：徐峰祥王得伟方志刚韦文儒武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心方盛车桥(柳州)有限公司

管梁截面优化是汽车轻量化和性能设计的关键因素之一，管梁截面形状与尺寸的协同优化方法是底盘零部件设计的重要工作。本文提出了一种将形状和尺寸两种不同属性变量进行耦合的双超椭圆方程，并利用双超椭圆方程构建了任意曲边截面。针... 详细信息

管梁截面优化是汽车轻量化和性能设计的关键因素之一，管梁截面形状与尺寸的协同优化方法是底盘零部件设计的重要工作。本文提出了一种将形状和尺寸两种不同属性变量进行耦合的双超椭圆方程，并利用双超椭圆方程构建了任意曲边截面。针对任意曲边截面的优化，建立了截面自适应优化模型及多截面连续优化算法，该优化方法可自动进行形状优化、尺寸优化和形状等/变尺寸协同优化。对优化方案进行有限元分析显示，采用任意曲边截面优化得出的梁结构，梁横截面具有周向轮廓和厚度均匀过渡等优势，有效的减小了截面应力集中，提高了材料利用率，也为汽车机械零部件轻量化提供有效参考。

关键词：截面优化双超椭圆方程任意曲边截面截面自适应优化模型优化方案

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基于遗传算法的热轧H型钢截面优化

基于遗传算法的热轧H型钢截面优化

作者：邓珺予重庆大学

学位级别：硕士

随着钢结构和组合结构的快速发展,以及大跨桥梁、高层建筑等大型基础设施的建设,对重型规格H型钢的需求大幅增加。同时相较焊接H型钢,因为整体成型的热轧H型钢在施工成本、残余应力等方面的优势,使其逐步推广应用。目前热轧H型钢在超高... 详细信息

随着钢结构和组合结构的快速发展,以及大跨桥梁、高层建筑等大型基础设施的建设,对重型规格H型钢的需求大幅增加。同时相较焊接H型钢,因为整体成型的热轧H型钢在施工成本、残余应力等方面的优势,使其逐步推广应用。目前热轧H型钢在超高、超宽、超厚规格方面研究不够全面,大尺寸热轧H型钢制造能力有限,在很大程度上限制了热轧H型钢的广泛应用。本文依托国家“十三五”国家重点研发计划项目“高性能建筑结构钢材应用关键技术与示范”(2018YFC0705503),开展高效热轧H型钢截面优化的研究,主要研究内容和成果如下:根据中国钢结构设计规范中轴压构件设计计算方法,确定优化变量和约束条件,分别建立了以截面弱轴惯性矩最大和整体稳定承载力最大为目标函数的数学模型,采用遗传算法对中国、日本、欧洲、美国规范中面积最大和轴压稳定系数最大热轧H型钢轴压构件进行截面优化。基于刚度的截面优化结果和基于整体稳定承载力的截面优化结果基本相同,呈现双轴刚度接近、翼缘宽厚比趋近局部稳定限值的趋势,截面整体高宽比约为0.6～0.7。优化截面的弱轴惯性矩最大提升两倍以上,稳定承载力最大提升33%。受柱子曲线变化趋势的影响,采用优化截面轴压构件整体稳定性能提升比例随长细比的增大而增大。根据中国钢结构设计规范中受弯构件设计计算方法,确定优化变量和约束条件,分别建立了以截面抗弯强度最大和整体失稳临界弯矩最大为目标函数的数学模型,采用遗传算法对中国、日本、欧洲、美国规范中面积最大和截面抗弯承载力最大的热轧H型钢受弯构件进行截面优化。在对截面抗弯强度优化和对受弯构件整体稳定承载力优化中,优化结果呈现提高截面高度、腹板高厚比接近S2截面限值的趋势,截面整体高宽比约为2.0～3.0。优化截面的抗弯强度和稳定承载力均最大提升三倍以上。采用优化截面的受弯构件,整体稳定承载力和稳定系数提升比例随梁受压翼缘侧向支承点之间的距离增加而下降,呈非线性变化。建立轴压构件和受弯构件的有限元数值模型,并采用已有试验数据验证该模型的准确性。通过数值模拟,分析了长细比变化对优化结果的影响,相较于采用原设计截面的构件,验证了采用优化截面的构件稳定承载力均有提升,校核了基于规范理论优化后热轧H型钢构件的适用性。

关键词：热轧H型钢截面优化遗传算法轴压构件受弯构件

跨座式单轨1250mm宽钢-混组合轨道梁力学性能分析与截面优化

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跨座式单轨1250mm宽钢-混组合轨道梁力学性能分析与截面优化

作者：刘媛媛河北工程大学

学位级别：硕士

传统跨座式单轨轨道梁大多采用850mm宽箱型截面形式,相关企业针对我国三四线城市的轨道交通建设要求,在传统跨座式单轨车辆宽度基础上,提出了1250mm宽跨座式单轨列车截面形式,传统轨道梁截面已不再适用。本文以某高校拟建的“新一代跨... 详细信息

传统跨座式单轨轨道梁大多采用850mm宽箱型截面形式,相关企业针对我国三四线城市的轨道交通建设要求,在传统跨座式单轨车辆宽度基础上,提出了1250mm宽跨座式单轨列车截面形式,传统轨道梁截面已不再适用。本文以某高校拟建的“新一代跨座式单轨系统研究平台”为研究背景,对1250mm宽轨道梁选型展开研究,研究内容如下:（1）对轨道梁初步截面形式进行选型并依据现有组合梁试验对数值模拟技术进行可靠性验证。基于现有研究进行截面选型分析,提出25m跨度1250mm宽钢-混组合轨道梁初步截面形式;基于题为“外包U型钢-混凝土组合梁抗弯性能研究”的论文,该文在第二章设计了6个外包U型钢-混凝土组合梁试件,参照基础试件S1的试验参数,在不考虑残余应力情况下,进行数值建模,将本文模拟结果与该文参照基础试件S1试验参数模拟结果对比,研究结果表明,屈服荷载,极限荷载误差均在5%以内,验证了本文建模技术具有可靠性。（2）对25m跨度钢-混组合轨道梁进行理论计算,并基于有限元软件进行数值分析,与理论验算进行对比,在可靠的模拟技术基础上,对轨道梁进行受力性能分析。将理论计算结果与数值模拟结果对比,研究结果表明,结果误差在5%以内,再次验证了模拟技术可靠、计算结果正确;以此为基础展开数值分析,在最不利荷载工况下,对25m跨度轨道梁进行受力性能分析,研究结果表明,轨道梁强度、刚度、稳定性均满足规范要求,初步确定25m跨度轨道梁截面方案,紧接着探索35m跨度钢-混组合轨道梁截面方案,引入预弯,进行相同分析,研究结果表明,轨道梁受力性能均满足规范要求,确定35m跨度轨道梁初步截面方案。（3）对两种跨度轨道梁进行关键参数分析并进行截面优化,确定最终截面参数方案;分别对25m、35m跨度在三点加载情况下进行受弯分析,在实际加载情况下,基于各实际工况,进行受力分析,研究配筋率、高跨比、钢箱梁板厚、材料强度对其影响,结合分析结果,给出截面优化方案,研究结果表明,两种跨度优化后截面形式均满足规范要求,且经济性更好,最终确定截面形式,为“新一代跨座式单轨系统研究平台”建设提供参考。

关键词：跨座式单轨钢-混组合轨道梁力学性能分析截面优化

基于屈曲分析的冷弯薄壁型钢十字形拼合柱截面优化与轴压性能研究

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基于屈曲分析的冷弯薄壁型钢十字形拼合柱截面优化与轴压性能研究

作者：鲁卫波内蒙古科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着装配式建筑的广泛应用和发展,我国建筑业正逐步向绿色建筑和建筑业现代化方向转型。钢结构作为其发展不可或缺的一部分,迎来了重大的发展机遇。本文结合轻钢龙骨体系和组合截面优势提出新型组合截面框架结构体系,针对其主要... 详细信息

近年来,随着装配式建筑的广泛应用和发展,我国建筑业正逐步向绿色建筑和建筑业现代化方向转型。钢结构作为其发展不可或缺的一部分,迎来了重大的发展机遇。本文结合轻钢龙骨体系和组合截面优势提出新型组合截面框架结构体系,针对其主要竖向承重中柱——十字形拼合截面,采用MATLAB和CUFSM软件对十字形拼合截面进行以提高截面临界屈曲应力为目标的截面优化,其中包含8种不同截面面积的十字形拼合截面。基于参数优化结果,开展了冷弯薄壁型钢十字形拼合柱轴压试验,并依据试验建立有限元模型,在有限元与试验结果相互验证的基础上,展开分析长细比λ、板件宽厚比b/t以及纵向螺栓间距s等关键参数对其轴压性能的影响。最后在比较北美规范、中国规范理论计算结果的基础上,提出适用于本文的十字形拼合柱轴压承载力建议修正公式。基于上述工作,得到以下结论:(1)本文提出了采用垫板和高强螺栓连接的冷弯薄壁型钢十字形拼合柱,其适用于冷弯薄壁型钢框架结构体系。采用MATLAB和CUFSM软件对十字形拼合截面优化,使其局部、畸变屈曲临界应力得到大幅提升,引入直接强度法计算其轴压稳定承载力,发现经优化后的截面在一定长细比范围内轴压承载力得到明显增强。(2)试验结果表明:对于89mm系列试件,短柱和中长柱主要为局部屈曲和畸变屈曲破坏,长柱主要为整体弯扭屈曲破坏;而对于135mm系列试件,由于板件厚度变大和截面惯性矩的增大,所有试件表现为局部屈曲和畸变屈曲的局部承压破坏。(3)通过有限元对敏感参数的分析,结果表明:长细比λ和板件宽厚比b/t对于十字形拼合柱的初始刚度和极限承载力有明显的影响,纵向螺栓间距s对十字形拼合柱轴压性能的影响相对较小。(4)将试验结果代入北美规范直接强度法和中国规范有效宽度法进行对比,北美规范对于短柱的承载力计算偏于不安全,对中长柱和长柱的承载力计算则偏于安全,而中国规范的承载力计算整体偏于过于保守。基于中国规范对轴压承载力计算公式进行修正和验证,发现修正公式N’与试验值、有限元计算值的比值分别在0.985～1.096和1.021～1.182之间,吻合度较好。

关键词：冷弯薄壁型钢十字形拼合柱截面优化屈曲承载力轴压试验