基于微粒群算法的桥梁吊杆索力优化

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1、华中科技大学硕士学位论文1.1桥梁结构优化设计概念[4]桥梁结构优化的常用术语：1、预定参数和设计变量桥梁结构的设计参数较多。对于钢筋混凝土梁桥就有：跨径、材料容重、截面尺寸、钢筋直径、桩长等设计参数。预定参数是根据某些规范要求预先给定的，在优化过程中保持不变的。除预定参数以外，还由设计人员自行决定其他可变参数。结构优化设计过程就是遵循某些条件来确定设计变量的过程，这就需要选择合适的设计变量，达到预期的优化效果。设计变量的矢量X表示为：TX=(,,χχ…χ)（1-5）12n式中：n——设计变量个

2、数。2、状态变量桥梁设计的重要内容之一是计算出各构件的应力和位移值，用来判断桥梁结构的安全。桥梁的应力和位移值往往是根据设计变量变化而变化，这些就称为状态变量，表达式为：Tδδδ=(,,…δ)（1-6）12m式中：m——设计变量数目。3、约束条件在桥梁结构设计中应满足的条件称为约束条件，约束条件通常划分为两大类：一类是强度、刚度和稳定性条件，称为不等式约束条件，表示为：gii()χδδ=−≤[]i0（1-7）式中：δi——第i个状态变量：[δi]——与第i个状态变量对应的容许值：m——不等式约束

3、条件数目。另一类为桥梁设计规范和构造方面要求的条件。例如构件截面刚度不能为负值。2华中科技大学硕士学位论文这类约束条件又叫边界约束或者界限约束。通常表示为：χj≥0(1j=,2,n…，)（1-8）式中：χj——第j个设计变量；n——设计变量数目。4、可行点在无穷多个设计方案中，满足约束条件的设计方案称为可行设计方案。在空间上，每一个设计方案与其呼应的点叫做可行点。5、可行域可行点集合构成的区域称为可行域。6、目标函数[5]目标函数是设计变量的函数，由优化设计目标确定。例如桥梁中构件截面刚度、总造

4、价、最小弯曲能量法都可以作为目标函数。T可把结构优化设计问题表述为：寻求设计变量X=(,,χχ12…，χn)，使得目标函数f(χ)最小（或）最大，并且满足约束条件g≤0(1i=,2,m…，)iχ≥0(1j=,2,n…，)（1-9）j1.2桥梁结构优化设计理论发展20世纪末，桥梁的建设进入一个高潮，桥梁跨度不断往增大，往更大、更长及更柔方向发展，出现了悬索桥、斜拉桥、拱桥、悬臂桁、索桁桥及斜拉悬吊混合体系等。目前世界最大跨度的斜拉桥是中国的苏通大桥，主跨为1088米。[6]桥梁结构优化设计实际上是

5、桥梁结构设计、程序和数学相结合的一门新技术。桥梁工程设计也就是处理桥梁结构安全（可靠性和耐久性）、适应性（满足功能要求和行车舒适性）、经济性（建设及维修养护费用）及美观性的工程。在传统的桥梁结构设计工作中，设计者根据实际经验及设计要求，参考已有类似设计来判断和构思设计方案，进行强度、刚度及稳定度的计算。但受制于设计者自身经验和设计3华中科技大学硕士学位论文水平，最终方案未必是最理想的最优方案。桥梁结构优化理论是传统桥梁设计理论的重大发展，涉及桥梁结构理论，优化理论以及计算机程序设计的多学科交叉，

6、已成为现代桥梁设计不可或缺的重要手段。它要求桥梁结构所有因量部分以变量形式出现，在满足规范的前提下，得到桥梁设计的可行方案域，并且利用数学手段，满足预定要求寻找最优方案。1.3桥梁结构优化设计研究现状桥梁形式多种多样，结构设计变量也多，荷载比较复杂，需要性能好的计算机长时间运算，国外在20世纪60年代开始研究结构优化设计，我国从70年代末才开始此方面的研究。开展最早且最成熟的是桁架桥的优化设计，在20世纪末，桥梁的优化研究工作才飞速发展起来，集中在以下方面：结构受力复杂，桥梁主梁耗材大，选加劲梁

7、横截面优化择合适的截面形式，使桥梁有好的动力稳定性，同时又节省材料斜拉桥或者主缆索的动力优化目前常用的是在拉索上加被动阻尼器确定合理的成桥索力，保证施工中塔梁受力均匀合理，是目前斜拉桥施工索力调整监测控制的主要目标。国内外对索力以调整优化研究进行得较早，发展成熟斜拉桥索塔的优化主要是塔高和受力合理性为两方面的优化，塔的受力合理性与塔例索塔优化的结构形式、缆索形式、缆索锚固形局式及锚固点分布有关，也是值得研究部的方向优化斜拉索和吊索锚固形式和锚固点的布斜拉索和吊索锚固的优化置影响索塔和主梁应力集中

8、和结构形式，应该综合考虑索塔和主梁悬索桥锚锭的优化目前研究较少应针对具体桥梁来考虑，受地质条件桥墩及基础优化的限制图1-1斜拉桥局部结构优化4华中科技大学硕士学位论文1、局部优化局部最优不能等同于整体最优，但是确对整体最优有益。由于局部优化设计变量少，这样容易研究透彻。如图（1-1），斜拉桥的局部结构优化包括七个方面。2、整体优化[7]桥梁结构的特点是高次超静定，结构比较复杂，设计变量较多，从设计到竣工涉及到方方面面的因素，因此，整体优化过程存在很大困难。目标函数难以建立，实现的可能性及最优解的