系杆拱桥吊杆力的全局优化与合理拱轴线探讨

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1、工程硕士学位论文系杆拱桥吊杆力的全局优化与合理拱轴线探讨作者姓名曾冠锋工程领域建筑与土木工程校内指导教师颜全胜教授校外指导教师梁立农教授级高工所在学院土木与交通学院论文提交日期2018年4月TheGlobalOptimizationofCableTensionofTiedArchBridgeandDiscussiononRationalArchAxisADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZengGuanfengSupervisor：Prof.YanQuanshengProf.Lia

2、ngLinongSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：U44学校代号：10561学号：201521007213华南理工大学硕士学位论文系杆拱桥吊杆力的全局优化与合理拱轴线探讨作者姓名：曾冠锋指导教师姓名、职称：颜全胜教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：桥梁与隧道工程论文形式：ꇶ产品研发ꇶ工程设计ꇶ应用研究ꇶ工程/项目管理ꇶ调研报告研究方向：大跨度桥梁结构论文提交日期：2018年4月15日论文答辩日期：年月日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：王树林委

3、员：颜全胜王卫锋李新平黄仕平摘要吊杆力和拱轴线是拱桥设计中的两大关键要素，其直接影响到结构整体受力以及工程造价，一直是桥梁工程师重点研究的课题。然而由于设计理论尚不完善，拱梁组合体系吊杆力求解较为繁琐，传统优化方法的缺陷导致难以得到最优解；而拱肋受力复杂，常用拱轴线与合理拱轴线往往有一定偏差。基于上述的问题，本文将多种填充采样准则和Kriging法相结合，编制改进的序贯抽样全局优化算法，将其应用在成桥吊杆索力的求解中；以及将悬索桥分段悬链线理论应用到拱轴线设计优化中，主要工作如下：（1）回顾了成桥吊杆力的优化方法，指出其在搜索方向、全局最优解、约束

4、处理上存在的问题；统计不同类型拱桥的拱轴线分布，总结规律并指出不足。（2）介绍传统全局优化算法的求解流程，在此基础上，对Kriging法进行系统阐述，引入多种填充采样准则，提出两套自动搜索策略以实现全局和局部的平衡搜索，把约束并入到采样准则子问题中进行处理。同时对改进算法的模型拟合、终止准则等提出建议，用两个数值算例说明算法的可靠性。（3）取两座刚性拱刚性系梁的拱梁组合体系——东华大桥和濠江一桥作为工程算例，建立其ANSYS模型，取吊杆力作为变量、在改进算法中设置不同的目标函数和约束，用数论法抽样产生初始样本，利用MATLAB赋予变量迭代并提取结果

5、，优化后其总应变能、弯矩分布等得到较大的改善。（4）阐述了悬索桥中分段悬链线线型的计算原理，提出将分段悬链线应用于拱轴线形中，给出具体的求解迭代步骤并编制MATLAB程序，并用一个简单算例与悬链线、二次样条曲线拱肋进行受力比较。（5）以东华大桥、濠江一桥和凤凰三桥作为工程背景，将求解出来的分段悬链线坐标代入midasCivil中进行计算，结果表明，恒载包络和恒载包络加1/2活载工况其拱肋弯曲应变能总和、弯矩极值等均有一定程度的改善。关键词：吊杆力；多种采样准则；Kriging法；全局优化；拱轴线；分段悬链线IAbstractCabletension

6、andthearchaxisaretwoimportantfactorsinthedesignprocess,whichdirectlyaffecttheoverallforceofthestructureaswellastheprojectcost,andhavealwaysbeenthekeyresearchtopicofbridgeengineers.Atpresent,thecabletensionsolutionmethodofthearchandbeamhybridsystembridgeissomewhatcomplicated.As

7、forthedefectsofthetraditionalmethod,itisdifficulttoobtaintheoptimalsolution.Theforceanalysisofarchiscomplicated,thecommonlyusedequationsdeviatefromtherationalarchaxis.Basedontheabovementionedproblems,thevariousinfillsamplingcriteriaiscombinedwiththeKrigingmethodinthispaper.Ani

8、mprovedconstrainedapproximateglobaloptimizationalgorithmisdev