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大跨度网状吊杆拱桥力学性能及结构参数优化研究
| 论文题名： | 大跨度网状吊杆拱桥力学性能及结构参数优化研究 |
| 关键词： | 网状吊杆拱桥;结构参数;力学特性;粒子群算法 |
| 摘要： | 网状吊杆是指部分倾斜吊杆与其他吊杆交叉次数大于两次的布设方式，其拱桥具有造型优美、跨越能力强、竖向刚度大、受力均匀、美观经济等优势，备受国内外桥梁学者的青睐。近年来，网状吊杆式拱桥已在国外有较多的运用，但我国对其研究仍处在初期阶段，且理论体系并不完备，尤其是在设计优化方面研究成果甚少。为此，本文以一座主跨230m的网状吊杆拱桥为依托，并运用MidasCivil2020建立其有限元空间模型，对其力学行为展开深入研究，然后利用ANSYS建立参数化有限元模型并联合MATLAB混合编程，对网状吊杆拱桥结构参数的敏感性和结构优化等方面展开研究，其主要内容总结如下： (1)通过查阅大量文献资料，较为详细地阐述了网状吊杆拱桥发展现状以及应用情况，同时也介绍了优化理论发展历程和桥梁优化的发展现状，指出当前网状吊杆拱桥在优化设计等研究方向的不足，提出本文研究内容和思路。 (2)系统归纳了网状吊杆拱桥常用的吊杆布设形式，以恒定倾角的吊杆布设方式作为重点研究对象，利用MidasCivil2020建立了背景工程中网状吊杆拱桥的三维有限元模型，系统分析了该桥在恒载等荷载组合下的静力影响特征；此外，进行了结构动力特性，得到了网状吊杆拱桥力学特性的变化机理。 (3)通过对网状吊杆拱桥的矢跨比、吊杆倾角、拱肋倾角(内倾)等结构参数敏感性分析，得到主要结构参数和次要结构参数以及各参数变化过程中网状吊杆拱桥的力学变化规律，给出部分结构参数合理取值的建议范围。 (4)归纳总结了几种常见改进粒子群算法的方法，并通过测试函数验证比较几种改进算法的性能，选出一种改进性能较好的粒子群优化算法。 (5)采用结构一般优化数学模型和ANSYS与MATLAB联合仿真功能，构建参数化的优化模型。以网状吊杆拱桥上部构件的总成本为目标函数，取较为敏感的结构参数为设计变量，以结构的稳定、位移和吊杆力为限制条件，对其进行优化。优化结果表明，不但降低了上部构件的总成本，同时也提高了结构的受力性能，达到了理想的优化目的。 |
| 作者： | 曹鑫科 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 郝宪武;郝键铭 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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