桥梁结构探究和优化设计发展

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1、桥梁结构探究和优化设计发展　　摘要：我们国家自从改革开放以来在交通业上已经取得了飞速发展，特别是桥梁工程的建造，为其注入了巨大的活力。因此我们一定要做好桥梁结构研究及优化设计发展工作，为我国的交通运输业发展做出自己的贡献。关键词：桥梁结构；优化设计；发展；中图分类号：S611文献标识码：A前言：随着我国桥梁建设的快速发展，当前桥梁的结构设计已经相对成熟，与此同时也有不良的快餐化设计倾向在坊间流传，想要设计出更好的桥梁，作者认为应打破常规的设计理念，要让在计算机和网络时代成长起来的工程师们利用强大的计算机辅助设计，将优化设计的理论与方法充分引入到桥梁结构的设计中来，设计出真正“安

2、全、实用、经济和美观”的桥梁。本文主要结合作者的桥梁设计经验，总结我国桥梁结构优化设计的发展情况，并探讨了桥梁结构的优化设计。一、我国现阶段桥梁结构优化设计理念6桥梁结构优化设计理论特别是可靠度理论的不断发展，目前我国已有数百种优化算法。优化算法是指以可靠度为约束条件，以整体结构功能或整体动力性能与整体经济指标最优为目标的优化方法。所有优化算法可大致分为最优准则法、数学规划法和仿学生法三种。最优准则法是指根据工程经验、数学规划、力学概念的最优性条件，先建立一种准则，再通过相应的迭代方法来获得问题的最优解或近似优解。仿学生法具有适应性广、解题能力较强等特点，主要有模拟退火法、遗传

3、算法和神经网络等，近几年发展较快。数学规划法的理论基础较严格，由于某些特性而较难适用于大型结构优化问题。桥梁结构设计的基本原则是安全、适用和经济。传统的桥梁结构设计主要是采用定值设计的方法，既不能描述和处理桥梁结构中客观存在的各种不确定性因素，也不能定量地分析计算安全、适用及经济的各项指标，更无法科学地协调它们之间的矛盾，使它们达到合理的平衡。事实上，传统设计方法追求的是一个满足设计规范条件下的最低水平设计，因而提出新思路、研究新方法是十分必要的。当前，结构优化设计在桥梁工程领域日益受到重视，但其应用的范围和程度还很不理想。其原因除了桥梁工程设计取费标准不利于推动优化技术之外，

4、还可归结为桥梁工程结构优化问题的如下特点：6（1）桥梁工程结构设计中的大量不确定性。如外部环境（荷载和结构所处场地类型等）的不确定性、结构本身的不确定性（结构材料性能、截面几何参数和计算模式的精度等不确定因素导致的结构构件抗力的不确定性）、结构整体分析中由于模型简化的误差而导致的不确定性等。为了充分考虑所涉及到的各种不确定性因素（目前主要考虑随机性因素），必须采用结构可靠度理论。（2）桥梁工程结构设计准则的多重性。包括承载能力极限状态设计、正常使用极限状态设计以及与其它特殊功能要求相联系的极限状态。（3）结构优化目标的多样性。对桥梁工程来说，人们既要求在目标方面考虑结构造价，还

5、要考虑不同功能的失效概率和失效损失造成的失效损失期望、结构运行和维修费用等在内的经济指标，还可以以某些特定结构功能为目标。另外，目标函数的性质也很复杂，既有设计变量的显式函数（结构的重量或造价），又有设计变量的非线性、高度隐式函数（结构的失效损失期望）；而且由结构造价和结构损失期望的加权和所构成的统一目标函数不具有对设计变量的单调性。二、桥梁结构的现状及设计城市桥梁结构体系的发展经过了漫长的历程。一般来说，传统的桥梁结构分为五大类：梁式桥、拱式桥、刚构桥、斜拉桥和悬索桥。桥梁结构与理论研究的进展，生产技术水平的提高及结构材料的进步密切相关，6因此结构形式随着社会的进步在不断变化

6、着。而近年来,信息和交通运输业越来越成为推动地区和国民经济,提高综合国力的主要力量,各类城市都增大了基础建设的投入,架桥铺路。使桥梁建设的蓬勃发展促进了桥梁结构的改良和更新。目前桥梁结构的现状是：首先桥梁的组合或混合结构体系在不断的更新。城市桥梁中，不同体系的组合结构已经开始显现，例如部分斜拉桥，斜拉拱桥及拱梁组合桥等。这其中，部分斜拉桥的应用较为成功，其构造特点是在连续梁中支点处设置短索塔，其塔高只有斜拉桥索塔高度的一半左右，斜拉索通过矮索塔上设置的转向块索鞍对主梁产生竖向支反力和水平压力。主梁承受大部分荷载效应，而斜拉索只承担小部分荷载，对主梁起到一定的帮扶作用，它克服了连

7、续梁结构受力方面的弱点，使连续梁支点处负弯矩大大降低。其次是新材料及材料组合应用非常的多。我们知道，新材料的发展会带来新设计思路，利用材料组合进行设计便是一种途径，根据结构不同部位受力情况配置不同材料，以便充分发挥各自特性，取得较好的经济效益。近年来，高强度纤维材料以其优良的特性开始应用于桥梁维修加固之中，效果显著，相信随着成本的降低，会不断扩大应用范围，与其他材料一起建造更为经济有效的桥梁。最后是美学因素将会对桥梁结构的选择产生绝对性的影响。除了传统的拱桥以外,斜拉桥和悬索桥由于造型优美,