基于神经网络和遗传算法结合的斜拉桥索力优化研究和施工控制

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1、武汉理工大学硕士学位论文第1章绪论1．1论文的选题、研究意义和目的斜拉桥属于自锚体系，拉索将主梁与桥塔紧密相连，拉索在承担了巨大拉力的同时，由于其水平分力的影响，一般主梁会承受压力。斜拉桥动力性能强，梁底呈直线便于通航和排洪，且跨越能力突出，特别在跨径200．1000米的范围内的大跨径具有极强的竞争力，在国内外被广泛运用在桥梁建设中。对于所有斜拉桥而言，确定其理想成桥状态是所有工作中的重中之重，所谓斜拉桥理想成桥状态指的是斜拉桥在施工完成后，在全部恒载作用下，满足某种理想的受力状态，例如塔偏较小，梁具有良好的线形，粱中的弯曲应变能最小等。斜拉桥成桥恒载作用下

2、内力的分布及其大小是斜拉桥计算分析中的关键，更是衡量斜拉桥设计优劣的重要标准之一。斜拉桥是高静定结构，在斜拉桥的结构布置等其它因素确定的情况下，斜拉桥索力的初始张拉力就决定了斜拉桥的受力状态。因此，在斜拉桥设计中确定索力的初拉力成为了一个至关重要的环节。由于斜拉桥索力的可调性，总是能找到一组索力，这组索力能使该桥在确定的恒载作用下，该桥反映受力性能的目标达到最优的理想状态，这种状态就可作为斜拉桥理想成桥状态，求解这组最优索力，即为斜拉桥成桥状态下的索力优化。在斜拉桥施工中会同时受到各种偏差的影响，同时这种偏差还具有累积性，，随着悬臂的伸长，施工中的塔梁内力及

3、状态将显著地偏离设计成桥状态下的目标值。斜拉桥内力的变化会随着该桥任意一索力或多索力的变化而变化的，因此在确定主梁立模标高等施工参数之前必须先确定斜拉桥施工阶段的索力值。只有以成桥内力为目标，以斜拉桥索力同施工过程中塔梁的受力状态相结合的优化，才能确保各施工阶段与成桥时桥梁结构的受力满足设计要求。而如何在诸多复杂因素影响下合理确定斜拉桥施工阶段索力初拉值，使得斜拉桥既符合施工的要求又可以满足成桥后的合理成桥状态和良好的设计线形，是斜拉线施工阶段控制的关键问题，也是目前国内外斜拉桥施工监测监控中必不可少的研究课题之一。武汉理工大学硕士学位论文1．2国内外研究现

4、状1．2．1斜拉桥成桥索力的确定方法合理成桥状态是不考虑施工过程，只根据施工完成后所有恒载作用下桥梁受力状态满足某种理想状态为目标的状态。合理成桥状态可通过调整斜拉桥索力来达到，常用的确定成桥恒载索力的方法有很多，具体可以分类两大类：古典法和利用计算机进行结构分析的方法。古典法中具体有以下几种方法：1、刚性支承连续梁法【l】此法是较早用来确定斜拉桥索力的方法，具体就是用竖向支承替代拉索对斜拉桥的支承作用。刚性支承连续梁法的优点在于计算简单且力学概念清晰明了。其缺点在于斜拉索不仅提供竖向支承，也提供水平分力，但此法并未考虑，由此可能导致的结果是索力不均匀且跳跃

5、度过大，对于不对称结构的斜拉桥成桥索力优化过程中的弯矩更是难以兼顾。2、零位移法12J此法原理跟刚性支承连续梁法相同，只是在考虑拉索竖向支承的同时，也考虑了其水平力对主梁的压弯作用。3、内力平衡法pJ内力平衡法是通过控制主梁的一些重要截面的内力，来确定一组斜拉索索力值，然后以这些重要截面的内力为目标，不断调试斜拉索的索力值，从而使这些重要截面的内力达到某种合理状态，而这一状态下对应的索力值即为合理的索力值。此法的缺点在于可能出现索力分布不均匀的现象。4、能量法【4】此法包括弯曲能量最小法和弯矩平方和最小法。两者不同之处在于目标函数的选取上：前者是以桥梁结构的

6、弯曲余能作为目标函数，后者是以弯矩的平方和作为目标函数，所以两者的结果相近，后者由于没有考虑单元白揉度，因此结果没有前者合理。5、用索量最小法[51该法是在合理选择约束条件下，以所有拉索的索力乘以其对应的索长的和作为目标函数来获取成桥恒载索力的方法。6、影响矩阵法【61此法是用线性规划的理念来求解索力的方法。具体是以全部的索力作为失武汉理工大学硕士学位论文调向量、以所关心的一个或几个主梁在作用下发生的响应作为受调向量，受调向量一般为主梁某些重要截面的扰度、应力等，然后通过影响矩阵建立起两向量间的线性关系，求解线性方程组即可。1．2．2斜拉桥施工索力的确定方法

7、对于一座已设计完毕的斜拉桥结构，如何根据施工组织设计要求，给出施工过程中斜拉桥索力的合理初始张拉力值及成为施工状态分析的关键。若给出的初始斜拉索张拉力合理且精确，则施工过程中结构的内力及线形容易满足设计要求，减少乃至避免由于初始斜拉索索力不合理而造成的施工过程中及成桥后的反复调索工作。斜拉桥合理施工张拉索力的确定通常有倒拆法、无应力法、零弯矩悬拼法、正装迭代法、影响矩阵法及倒拆一正装法[71等。国内学者在如何确定斜拉索施工中初始张拉力这方面做了很多细致的研究工作：颜东煌等通过正装迭代法求解施工初始索力的方法【8J，此法可先任意选取一组索力，然后对其做正装分析

8、，由于施工阶段跟成桥状态的索力存在差异，用最小二乘法