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原文传递多拱肋大悬臂异型拱桥的参数分析与体系优化

论文题名：	多拱肋大悬臂异型拱桥的参数分析与体系优化
关键词：	蝶形拱桥;拱肋数量;悬臂梁;参数设计;体系优化
摘要：	蝶形拱桥具有拱圈倾斜和拱肋数量多的特点，其空间构成独特，结构行为和受力状态十分复杂，在美观需求和受力性能上往往是矛盾的，这导致其结构设计和受力状态常常不是最优的甚至是不合理的。同时，这类结构大都同时具备车行和人行功能，横向宽度一般都较宽，横向布置复杂，悬臂板通常采用大悬臂，结构的剪力滞效应和大悬臂效应明显，结构横向的变形和受力状态与结构的整体布置参数关系密切。而已有的体系优化计算，多是针对索桥或者普通系杆拱桥，对蝶形拱桥的优化较少，而且优化计算多是采用平面杆系模型，而杆系模型不能较准确反映出宽箱梁大悬臂结构的应力和位移状态。因此，有必要针对这类异型拱桥进行参数分析与体系优化研究，从整体上把握复杂三维结构的优化设计以及精确分析宽箱梁大悬臂的影响并考虑局部的状态。本文针对多拱肋蝶形拱桥优化设计中的难点，综合考虑主梁的宽箱梁大悬臂特性和结构的空间复杂性，利用ANSYS建立精细化的三维实体模型并联合MATLAB混合编程，以结构的总造价为目标函数并用选定的结构位移和应力参量作为限制条件，对一座典型的多拱肋蝶形拱桥进行了整体优化设计：　　1）筛选能唯一确定结构设计状态和优化目标的最少设计参数，建立该大桥的精细化参数有限元模型。将原设计值赋值给设计参数并进行不同荷载工况下的加载计算，对结果的分析表明了该建模方式的准确性和该思路用于这类拱桥的优化设计的适用性，从而为下一步工作做好准备；　　2）介绍了参数敏感性分析的一般流程和方法，依次分析了所选的15个设计参数的敏感性，确定了所选参数的敏感程度和各参数对结构各部位受力响应的影响大小，对各设计参数的影响大小进行了排序和设计参数的取值范围给出了建议；　　3）介绍了宽箱梁横隔板的受力特性和计算方法，并将本文依托的蝶形拱桥的宽幅箱梁的横隔板视为支撑在不同刚度支座上的三跨连续梁，计算了其在不同荷载布置、不同结构几何参数等因素下的受力和变形，给出了部分设计参数取值范围的参考值，同时也对横隔板的横向设计给出了建议；　　4）给出了结构材料用量的详细精确的计算过程，选取了粒子群算法作为本文的优化算法，选取了结构的位移和应力作为优化计算的约束条件并确定了选取的设计参数的取值范围。设置ANSYS和MATLAB之间的数据交换，将约束条件组装到推导出的结构造价函数中，把复杂的多参数约束优化设计转化为无约束问题，以结构造价和受力状态为目标进行了结构的整体优化计算。　　本文所提出的优化计算方法综合考虑了异型拱结构的受力状态，不仅适用于复杂的三维空间结构，还能较精确的分析宽箱梁大悬臂对整体结构受力的影响，同时降低了结构总造价，有助于深化理解该类拱桥的力学行为，为该类桥梁的设计和计算提供一定的参考。
作者：	罗宜
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	胡隽
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文