基于钢管混凝土拱桥拱肋线形的设计优化

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1、武汉理工大学硕士学位论文钢管混凝土拱桥拱肋线形的设计优化姓名：赵义书申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：蒋沧如20070501中文摘要钢管混凝土系杆拱桥是一种新颖的结构体系，由于其独特的受力性能和较大的跨越能力，使之在现代桥梁建设中具有很好的优势。随着跨径的增大，其拱肋轴线在施工过程中的变形也将随之加大，拱肋在成桥后其材料的受压性能不能充分得到发挥。为了使成桥后的拱轴线形更加合理，本文以湖北省鄂州市南浦虹桥为依托，运用ANSYS有限元软件对拱桥的预拱度进行优化分析，同时利用MATLAB语言的优化工具箱对拱

2、轴线进行优化，可供实际工程设计参考。本文主要从以下几个方面进行研究：1．介绍了钢管混凝土拱桥的工作机理、发展过程及研究现状，并详细分析比较了几种常用拱轴线的线型。2．基于预拱度的设计原理，分析了钢管混凝土拱桥拱肋预拱度设置方法及影响因素，并以实际工程中的钢管混凝土拱桥为例。比较了各种设置方法的具体适用情况。3．以实际工程为背景，运用ANSYS有限元软件，建立了钢管混凝土拱桥模型，并对其进行施工模拟。4．本文按照拱桥系杆的施工加载顺序，利用空间有限元软件对钢管混凝土拱桥在自重作用下的预拱度进行了优化。经分析比较，

3、优化后的拱轴线受力比较均匀且与压力线偏离不大，其最大偏离量与优化前的最大偏离量相比减小了41．2％。研究表明，运用ANSYS有限元软件对钢管混凝土拱桥的拱轴线形进行优化是可行的，其优化效果较好。5．本文利用三次样条函数来逼近合理拱轴线，基于MATLAB语言对钢管混凝士拱桥拱轴线进行优化，优化后的结点最大偏离量比优化前的最大偏离量减小了25．O％，效果比较明显。分析表明，该方法只需编写比较简单的程序代码，即可简便求出设计变量的最优解，且结果可靠，计算效率高。本文的研究成果对钢管混凝土拱桥预拱度的设置和拱轴线优化具

4、有一定的实际工程意义和参考价值。关键词：钢管混凝土拱桥；拱轴线；预拱度；优化设计；有限元；ldatlab。AbstractTiedconcrete-filledsteeltubulararchbridges，asanovelstructuralsystem，thetiedconcrete—filledsteeltubulararchbridgehasspecialmechanicalbehaviorandlong—spanability,whichoccupiesacompetitivepositioninfi

5、eldofmodembridges．Withthespanincreasing,thearchaxialdeformationduringcourseofconstructionisalsoincreasing，thecapabilityincompressionofarchmaterialisn’tmadeuseofwell．Inordertoapproachthelogicalarchaxisafterthebridgef'mished,onthebasisofNan-pu—hongBridgeinEzll

6、otlcity,Hubeiprovince，thepre—archisoptimizedbyAnsysandtheaxialcordofarchisoptimizedbyMatlaboptimizationtoolboxbasedontheactualproject，whichisreferencedfordesigningthistypeofstructure．Mainideasofthispaperwillexpoundareasfollows：1．Thestructurecharacteristic，de

7、velopmentprocess，theresearch’sactualityabouttiedconcrete—filledsteeltubulararchbridges，andtheseveralcommonaxialcordsofarchareminutelyanalyzedandcontrasted．2．Basedonthedesignprincipleofpre—arch，thesettingmethodsandthefactorsconsideredinactualsettingofconcrete

8、-filledsteeltubulararchbridgeareintroduced,andthescopeofapplicationofthesettingmethodshasbeencontrastedbasedoiltheactualconcrete—filledsteeltubulararchbridge．3．Theanalysismodeloffiniteelementmet