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原文传递基于DPSO算法的混合式叠合梁斜拉桥索力优化研究

论文题名：	基于DPSO算法的混合式叠合梁斜拉桥索力优化研究
关键词：	混合式叠合梁斜拉桥;合理成桥状态;合理施工状态;DPSO算法;索力优化
摘要：	混合式叠合梁斜拉桥是一种兼顾混凝土和钢梁两种材料优点的斜拉桥体系，其成桥及施工状态下的受力是影响合理成桥及合理施工状态的关键因素，而索力作为影响斜拉桥结构受力的核心因素，其合理取值的确定便成为设计的关键。本文以盐坪坝长江大桥为工程背景，以有限元及数学分析软件为工具，以自适应权重粒子群算法（DPSO）为优化方法，对混合式叠合梁斜拉桥成桥及施工状态下的索力进行优化分析，工作内容如下：　　（1）从混合式叠合梁斜拉桥的发展背景出发，简单介绍了该类型桥的结构特点及国内外发展概况，重点介绍了斜拉桥成桥及施工状态下索力优化的研究现状，并指出当前索力优化研究现状存在的不足。　　（2）以混合式叠合梁斜拉桥结构的最小弯曲能量之和为目标函数，以主梁和桥塔的弯矩、位移，拉索的索力及均匀性为约束条件，建立合理成桥状态下索力的二次规划数学模型；以正装迭代后主梁和桥塔的弯矩、位移，拉索的索力与合理成桥状态下理论目标值之间的差值为优化目标，根据最小二乘原理建立优化目标的最小误差函数，从而建立合理施工状态的索力二次规划数学模型。　　（3）将PSO算法作为求解成桥及施工阶段索力二次规划数学模型的方法。为调高算法的收敛能力和收敛速度，使其计算结果更加高效、准确。本文通过对PSO算法的惯性权重进行改进使其能够根据迭代适应值自动调节大小，从而得到一种新的算法DPSO算法，并对DPSO算法的关键参数进行讨论，再利用测试函数验证DPSO算法的性能。由测试函数分析结果可知，DPSO算法在求解高维、多目标约束函数时，具有跳出局部极值从而找到全局最优解的能力，且计算时间较短，其收敛效率和收敛能力较PSO算法均得到提高。　　（4）采用DPSO算法求解成桥状态下的索力，将该方法优化所得的结构状态分别与零位移法、刚性支承连续梁法、相对刚度变化法及设计理论值进行对比，并讨论约束目标范围对DPSO算法优化结果的影响。分析结果表明，使用该方法求得的拉索索力能够随索长的增长而增大，在该索力下主梁和桥塔的内力满足设计要求，结构变形较小，且该方法得到的结构内力、拉索的索力与设计理论值吻合度较高，主梁和桥塔的线形均优于设计理论值。此外，不同的约束目标范围对结构状态的影响不同，本文选取的约束范围能够满足工程实例对合理成桥状态的要求。　　（5）采用DPSO算法求解各施工阶段的索力并对比分析正装迭代后结构状态与合理成桥状态的受力。分析结果表明，使用该方法所求各施工阶段的索力值与设计理论值差距较小，且经一次迭代计算后结构的内力、线形与合理成桥状态下的目标值接近，该方法能够准确高效地获得合理施工状态，减少人为调索的次数。
作者：	张宇航
专业：	土木工程
导师：	杨雅勋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2022