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500 m级钢管拱桥成拱计算与控制方法

中国公路学报 2022年第5期35卷 60-72页

作者：周银王玥周建庭黄梓恒张雪松向中富重庆交通大学土木工程学院重庆400074 重庆万桥交通科技发展有限公司重庆401336

在大跨径的钢管混凝土拱桥中,钢管拱肋的斜拉扣挂成拱过程面临计算困难、大悬臂结构频繁调整、成拱状态偏离等难题。在成拱的理论计算方面,引入了基于无应力参数精确控制的成拱控制方法,明确了大跨径钢管拱斜拉扣挂施工过程控制目标。... 详细信息

在大跨径的钢管混凝土拱桥中,钢管拱肋的斜拉扣挂成拱过程面临计算困难、大悬臂结构频繁调整、成拱状态偏离等难题。在成拱的理论计算方面,引入了基于无应力参数精确控制的成拱控制方法,明确了大跨径钢管拱斜拉扣挂施工过程控制目标。基于该控制方法,构建了钢管拱桥的成拱计算理论方法。该计算理论首次给出了钢管拱肋合龙前后的力学状态联系方程,建立了成拱后拱肋线形误差与施工过程索力的数学关系,构建了同时考虑施工全过程约束条件与成拱后线形偏差的一次调索优化模型。该一次调索优化模型可在任意给定的成拱线形误差范围和施工过程中的塔偏、封铰、合龙等耦合约束条件下,求解最优的扣背索一次张拉索力。在成拱施工控制方面,首次提出采用三维扫描技术进行大型钢管拱肋的无应力参数精确控制与检测方法,给出了详细的封铰控制、拱肋节段无应力参数控制和合龙控制的具体实施方法。在跨径为507 m的合江长江公路大桥的建设全过程,采用了所提出成拱计算理论与控制方法。实践表明:所提出的成拱计算理论具有控制目标少、计算目标明确、索力分布与张拉最优的优点;所提出的控制方法确保了钢管拱肋制造与安装无应力尺寸的精度,极大地减少了施工过程中拱肋线形误差调整次数。大桥拱肋成拱后实测结果表明,拱肋线形与应力状态与一次落架状态吻合良好。

关键词：桥梁工程钢管混凝土拱桥无应力状态法一次调索索力优化三维扫描

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钢管混凝土劲性骨架拱桥拱肋施工控制研究

铁道工程学报 2022年第9期39卷 50-55页

作者：徐宏周敉王亚美许瑞龙中铁一局集团有限公司西安710054 长安大学西安710064 西安科技大学西安710054

研究目的:在大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥中,劲性骨架安装线形直接影响成拱线形。若控制不当,甚至会造成拱肋合龙困难。依托夜郎河大桥工程实例,通过仿真分析拱肋斜拉扣挂法悬臂拼装架设全过程,结合现场内力及线形实时监控,研究分析大... 详细信息

研究目的:在大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥中,劲性骨架安装线形直接影响成拱线形。若控制不当,甚至会造成拱肋合龙困难。依托夜郎河大桥工程实例,通过仿真分析拱肋斜拉扣挂法悬臂拼装架设全过程,结合现场内力及线形实时监控,研究分析大跨径劲性骨架拱桥拱肋施工控制技术。研究结论:(1)在劲性骨架悬臂拼装时采取拱肋线形和索力双控,以控制拱肋线形为主;(2)在进行仿真分析时,采用节段竖向“0”位移控制索力大小,通过对扣索索力和控制点标高进行调整,竖向位移控制在1 mm误差范围内,得出此时扣索索力;(3)合龙前进行线形两岸联测以及全桥复测,根据拱肋内力及线形的监控结果,通过扣索、缆风索对拱肋进行全面线形、内力合理有效调整;(4)本文提出的拱肋施工控制方法,可有效保证成拱线形和结构应力满足设计和规范要求,对斜拉扣挂法悬臂拼装架设拱肋具有参考价值。

关键词：劲性骨架施工控制索力优化拱肋线形

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自锚式悬索桥索力优化的双矩阵法

长安大学学报（自然科学版） 2023年第5期43卷 51-60页

作者：赫中营龙一鸣王根会河南大学土木建筑学院河南开封475004 兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

为了确定自锚式悬索桥在目标优化状态下的最优索力,针对传统影响矩阵法进行索力优化时需要多次迭代计算、对初始条件敏感等问题,提出索力优化双矩阵法。首先,考虑主梁存在巨大轴力的结构特点,根据恒载、初始索力与加劲梁内力确定结构初... 详细信息

为了确定自锚式悬索桥在目标优化状态下的最优索力,针对传统影响矩阵法进行索力优化时需要多次迭代计算、对初始条件敏感等问题,提出索力优化双矩阵法。首先,考虑主梁存在巨大轴力的结构特点,根据恒载、初始索力与加劲梁内力确定结构初始刚度,经过非线性有限元计算,利用叠加原理得到自锚式悬索桥的2个影响矩阵;随后,基于影响矩阵基本理论,推导矩阵方程,建立结构内力状态与位移状态间的关系,求解矩阵方程可得指定约束条件下的目标索力,通过算例阐明双矩阵法的主要计算过程,并将双矩阵法与传统影响矩阵法进行对比,分析迭代过程并讨论初始施调索力的影响;最后,以三跨自锚式悬索桥为例,应用双矩阵法实现索力优化。研究结果表明:算例中双矩阵法与传统影响矩阵法的计算结果相对偏差最大为0.14%;双矩阵法通过矩阵方程直接建立缆索内力与位移约束条件间的关系,其本质是结构内力与变形间的线性关系,因此无需进行迭代计算;双矩阵法不需要限定初始施调索力与索力施加方式,避免了传统影响矩阵法受初始索力影响导致的无法收敛等问题;此外,根据实际应用中索力优化的不同情况,双矩阵法中的位移约束条件可拓展为塔梁弯矩、截面应力等约束条件,便于在大跨度悬索桥设计中应用。

关键词：桥梁工程自锚式悬索桥索力优化双矩阵法影响矩阵非线性效应

基于极简智能算法考虑配重的斜拉桥索力优化研究

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武汉大学学报(工学版) 2024年

作者：石旷杨吉新李科文凌中水安庆职业技术学院机电工程学院中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司武汉理工大学交通与物流工程学院

为探索斜拉桥索力智能算法优化方法，以一座独塔非对称斜拉桥为研究对象，对该桥进行成桥状态下的索力优化。利用ANSYS建立该桥数值模型，以36对拉索索力为设计变量，同时考虑边跨配重，提取影响矩阵，求解成桥后弯曲及拉压应变能表达... 详细信息

为探索斜拉桥索力智能算法优化方法，以一座独塔非对称斜拉桥为研究对象，对该桥进行成桥状态下的索力优化。利用ANSYS建立该桥数值模型，以36对拉索索力为设计变量，同时考虑边跨配重，提取影响矩阵，求解成桥后弯曲及拉压应变能表达式，通过python语言实现极简智能算法-Jaya算法，以应变能最小为目标，并对索力大小、均匀性及主梁、主塔位移设置约束，求解最优索力及配重。结果表明：与经典智能算法对比，Jaya算法精度损失较少的同时，缩短了较多计算时间；与传统索力优化方法对比，Jaya算法所得优化索力更均匀，分布更合理，优化后配重由原设计927 kN·m-1减小到809 kN·m-1；Jaya算法优化后主梁弯矩小于原设计，各方法下主梁及主塔轴力变化不大，说明索力优化主要影响桥梁弯矩分布，从而使结构受力状态得到改善；对优化后主梁及主塔截面最大应力进行验算，均符合设计要求。

关键词：斜拉桥 python语言索力优化智能算法应变能

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基于综合优化法的矮塔斜拉桥成桥索力优化

世界桥梁 2024年第2期52卷 88-93页

作者：朱利明陈沁宇刘大帅南京工业大学交通运输工程学院江苏南京210009 悉地(苏州)勘察设计顾问有限公司江苏苏州215600

为确定矮塔斜拉桥合理成桥索力,提出一种索力综合优化法。该方法以影响矩阵法为基础,采用数据标准化法将2种或以上不同类型的离散数据变为无量纲的统一化数据,以结构控制截面位移及弯矩综合最小为目标进行索力求解。以南京地铁宁句线矮... 详细信息

为确定矮塔斜拉桥合理成桥索力,提出一种索力综合优化法。该方法以影响矩阵法为基础,采用数据标准化法将2种或以上不同类型的离散数据变为无量纲的统一化数据,以结构控制截面位移及弯矩综合最小为目标进行索力求解。以南京地铁宁句线矮塔斜拉桥为算例,采用最小弯曲能量法、刚性支承连续梁法和综合优化法对成桥状态的索力进行计算,将计算结果与原设计成桥索力进行对比。结果表明:对于矮塔斜拉桥,在恒载作用下,采用综合优化法计算得到的索力及主梁弯矩分布最为合理;在运营阶段,综合优化法计算得到的索力与原设计索力相比,主梁上、下缘最大压应力分别降低3.3%、3.8%,并且主梁应力分布更优。

关键词：矮塔斜拉桥合理成桥状态索力优化影响矩阵法综合优化法有限元法

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基于遗传算法的斜拉桥成桥索力优化应用研究

重庆交通大学学报（自然科学版） 2023年第6期42卷 9-17,23页

作者：王涛胡宇鹏张兴标王路西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621000 中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999

为研究智能优化算法在斜拉桥索力优化中的应用,将遗传算法与有限元算法进行嵌入式融合,以自主开发的有限元程序为基础,使用杆、梁单元构建大跨度公铁两用斜拉桥全桥三维有限元计算模型,讨论了索力对于各个单元节点弯矩的影响矩阵计算方... 详细信息

为研究智能优化算法在斜拉桥索力优化中的应用,将遗传算法与有限元算法进行嵌入式融合,以自主开发的有限元程序为基础,使用杆、梁单元构建大跨度公铁两用斜拉桥全桥三维有限元计算模型,讨论了索力对于各个单元节点弯矩的影响矩阵计算方法。建立了2种索力优化目标函数,使用MATLAB集成的遗传算法工具箱进行求解,同时给出了可以直接应用的计算代码,探讨不同目标函数的优化计算结果差别;使用多项式拟合方法对索力优化结果进行调整,讨论了考虑、不考虑几何非线性效应的成桥状态计算结果差别。研究结果表明:使用基于遗传算法的智能随机搜索可有效地求解与索力相关的目标函数极值,辅助桥梁设计人员得到最优的斜拉桥成桥索力。

关键词：桥梁工程斜拉桥遗传算法斜拉索索力优化

考虑施工及运营荷载作用的斜拉桥索力优化研究

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武汉理工大学学报 2022年第4期44卷 49-56页

作者：曹鸿猷李志黄鑫武汉理工大学土木工程与建筑学院武汉430070

针对混凝土斜拉桥索力优化过程中荷载工况众多,有限元计算效率低,同时存在材料非线性问题,提出了一种荷载解耦法,并将其与索力影响矩阵相结合,在保证结构整个施工阶段安全的基础上,考虑桥梁设计规范中的所有运营荷载及组合,以正常使用... 详细信息

针对混凝土斜拉桥索力优化过程中荷载工况众多,有限元计算效率低,同时存在材料非线性问题,提出了一种荷载解耦法,并将其与索力影响矩阵相结合,在保证结构整个施工阶段安全的基础上,考虑桥梁设计规范中的所有运营荷载及组合,以正常使用极限状态下结构安全余量为评估指标,采用粒子群优化算法搜索全局最优施工索力。整个优化过程中只需计算索力引起结构响应的变化,并且在保证足够精度的条件下考虑混凝土材料时变效应,最后通过实例验证了该方法的可行性。结果表明,该优化方法不仅计算效率高,而且能够大幅度改善结构受力性能,还可以广泛应用于实际工程。

关键词：混凝土斜拉桥非线性粒子群算法索力优化计算效率

基于改进海鸥算法优化支持向量机的斜拉桥索力优化研究

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森林工程 2023年第4期39卷 160-169页

作者：覃木宝王华王龙林广西交通工程建设保障中心南宁530000 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150006 广西交科集团有限公司南宁530000 吉林大学交通学院长春130000

针对大跨度斜拉桥斜拉索的索力优化问题,提出一种基于混合策略改进海鸥优化算法联合支持向量机的索力优化模型。融合折射反向学习、多方向螺旋攻击和非线性收敛等策略对标准海鸥优化算法进行改进,基于改进的海鸥优化算法(Improve Seagul... 详细信息

针对大跨度斜拉桥斜拉索的索力优化问题,提出一种基于混合策略改进海鸥优化算法联合支持向量机的索力优化模型。融合折射反向学习、多方向螺旋攻击和非线性收敛等策略对标准海鸥优化算法进行改进,基于改进的海鸥优化算法(Improve Seagull optimization algorithm,ISOA)对支持向量机(Support vector machine,SVM)的惩罚因子和核函数参数进行优化,构建大跨度斜拉桥的索力组合-结构响应的预测模型,设计ISOA-SVM的索力优化流程并对考虑主梁线形控制下的斜拉索索力进行优化。结果表明,混合策略显著提高海鸥优化算法的收敛速度和收敛精度;采用ISOA参数优化后的SVM对数据样本具有良好的学习泛化能力,其测试集的平均相对误差(MRE)仅为1.08%,均方根误差(RMSE)仅为0.0122;基于ISOA-SVM优化的索力组合有效改善了主梁线形和内力,主梁竖向挠度峰值降幅为36%,弯曲应力峰值降幅为11.94%,验证了该索力优化方法的有效性。

关键词：支持向量机海鸥优化算法非线性收敛斜拉桥索力优化

基于改进灰狼算法和支持向量机的拱桥索力优化模型

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计算机工程与设计 2023年第2期44卷 457-465页

作者：段君邦王华郝天之梁茜雪广西交通投资集团有限公司广西南宁530000 哈尔滨工业大学土木与环境工程学院广东深圳518055 广西交科集团有限公司桥梁工程研究所广西南宁530001 广西北投交通养护科技集团有限公司广西南宁530000

为实现复杂工程结构的高效率优化设计,以某大跨径钢管混凝土拱桥索力优化为例,提出一种基于混沌映射与非线性收敛改进的灰狼算法组合优化模型。使用改进灰狼算法对支持向量机的关键参数进行优化,得到训练样本下线形预测的最佳参数组合... 详细信息

为实现复杂工程结构的高效率优化设计,以某大跨径钢管混凝土拱桥索力优化为例,提出一种基于混沌映射与非线性收敛改进的灰狼算法组合优化模型。使用改进灰狼算法对支持向量机的关键参数进行优化,得到训练样本下线形预测的最佳参数组合。建立索力优化问题的数学模型,采用改进灰狼算法得到期望线形下的最优索力组合。计算结果表明,经改进灰狼算法优化后的支持向量机对数据样本具有良好的学习泛化能力,可应用于索力优化等工程问题;预测模型与有限元软件线形结果的平均相对误差约为9%,组合优化模型在保证预测精度的同时大大减少了计算时间。

关键词：支持向量机灰狼优化算法组合优化方法混沌映射非线性收敛拱桥索力优化