求解合理拱轴线的加权能量方法.pdf

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1、第27卷第4期2010年4月公路交通科技JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopmentVd．刀№．4Apt．2010文章编号：1002-02憾【2010)04-0073-05求解合理拱轴线的加权能量方法周尚猛，李亚东(西南交通大学土木工程学院，四川成都610031)摘要：通过构造一种基于拱轴线变形能的多参数拱轴线优化方法，以处理控制参数较少的函数曲线难以使拱轴线与压力线重合的问题。该方法以加权能量函数作为优化目标，运用样条曲线逼近主拱圈压力线，并建立主拱圈位移影响矩阵来计算主拱圈的位移调整量。加权能量方

2、法将各个单元的弯曲变形能总和作为优化目标，通过给予每个位置的单元弯曲变形能不同的加权系数来达到调整拱轴线上各点的弯矩分布的目的。算例分析说明求解的拱轴线坐标是合理的，应用平均加权和高斯加权方法可有效减少主拱圈弯矩。关键词：桥梁工程；拱桥；加权能量方法；合理拱轴线；优化设计；样条曲线中图分类号：U448．22文献标识码：AWeightedEnergyMethodforSolvingReasonableArchAxisZMOUShangmeng，LIYadong(SchoolofCivilE蟛∞鲥ng，SouthwestJiaotongUniversity，o埘讪Sic

3、huan610031，China)Abstract：Inordertosolvetheproblemthatitisdifficulttocoincidearchaxiswithpressurelinebyonlyusingthefunctioncun髑whichhavelesscontrolparameters．amulti—parameteroptimizationmethodforarchaxisbasedonthedeformadonenergyofarchaxiswaspresented．Takentheweightedenergyfunctionasth

4、eoptimizationobjective，themethodusesthesplineCUI'Yestoapproachthepressurelineofthemainarchring．andestablishesthedisplacementinfluencematrixtocalculatetheadjustmentquantityofthemainarchring．ThesummationofbendingdeformationenergyofdifferentelementsWascomideredillstheoptimizationobjective

5、intheweightedenergymethod．Thedistributionofthebendingmomentonthearchaxiswasadjustedbyassigningdifferentweightedcoefficienttoeachelement．Thenumericalexampleshowsthatthecoordinateofarchaxispositionedbythemethodisreasonableandthemomentofthemainarchringcanbereducedeffectivelybythemethodsof

6、averageweightcoefficientandgaussweightcoefficient．Keywords：bridgeengineering；archbridge；weightedenergymethod；reasonablearchaxis；optimization；splineculwe0前言确定拱轴线是拱桥设计的重要内容⋯，对此国内许多学者和工程师已做过大量研究【2-7】。最理想的拱轴线应与其所受荷载组合的压力线雨合，从力学角度讲，理想拱轴线上拱圈各截面上只有轴向压力，而无弯矩作用，应力均匀⋯8。一般来讲，合理拱轴线的具体求解方法就是用一种函数逼近

7、的方法来寻求拱轴线的压力线，以便充分发挥工程结构材料的性能。若能建立简单而又具有一定精度的显式函数关系式的优化数学模型，优化问题就容易求解【9-10

8、。在现代大跨度拱桥中，主拱圈一般多承受吊杆或立柱传来的集中荷载，其压力线比较复杂，仅仅通过控制参数较少的圆曲线、二次抛物线、高次抛物线、收稿日期：2009—10-26作者简介：周尚猛(1982一)。男，湖北孝感人，博士研究生，从事桥梁结构疲劳损伤识别和大跨度桥梁力学行为及施工控制研究．(hea曲lue-zhou@yahoo．00111．Gill)74公路交通科技第27卷悬链线来逼近恒载压力线，可能使某螳截面与压力线