弯曲能量最小法确定斜拉桥成桥索力的参数研究精选.pdfVIP

弯曲能量最小法确定斜拉桥成桥索力的参数研究 1 1 2 杨希尧 杨树萍 蔡敏 1.合肥工业大学土木与水利工程学院 合肥230001 2. 浙江水利水电高等专科学校 杭州310018 摘 要：斜拉桥成桥恒载内力的分布好坏是衡量设计优劣的重要标准之一，恒载内力的优化 过程也是设计过程。本文介绍了基于Midas/Civil的弯曲能量最小法应用于斜拉桥合理成桥 索力的确定，以某森林动物园人行天桥为工程实例，对弯曲最小能量法在不同参数下所得结 果进行分析、比较，为斜拉桥合理成桥状态的索力研究提供参考。 关键词：斜拉桥；索力优化；弯曲能量 中图分类号： U448.27 文献标识码： A 引 言： 合理的成桥状态指的是塔与梁在恒载和活载的作用下弯曲应力小且均匀分布的受力状 态。一般情况下, 由于在设计、施工和结构本身各种条件的限制下, 很难要求每座斜拉桥都 满足这种状态。但是无论怎样的斜拉桥结构体系, 总能找出一组斜拉索力, 可以使结构在确 定的荷载作用下, 某种反映该斜拉桥受力性能的目标达到最优。求解这组最优索力的过程就 是斜拉桥的索力优化过程。 对于一座结构体系明确的斜拉桥, 斜拉桥的成桥受力状态的合理性会受到成桥索力的 取值的极大影响。为了得到最为合理斜拉桥的成桥受力状态, 可以在方案设计阶段、初步设 计甚至在施工图设计以后进行索力的优化。 1 斜拉桥恒载受力状态的优化 通常, 斜拉桥的合理成桥状态要满足:索力的分布要均匀、主塔弯矩不能太大、主梁应 力要控制在其“可行域”范围内、边墩的支座反力在恒载下要有足够的压力储备。其中,主 梁的应力最为关键。国内外有许多学者对斜拉桥恒载受力状态的优化方法进行了研究，归结 起来可以分为三大类：指定受力状态的索力优化、无约束的索力优化和有约束的索力优化[1、 2 ] 。 2 基于Midas/Civil的弯曲能量最小法应用 斜拉索力的无约束优化法的典型例子就是弯曲能量最小法和弯矩最小法。弯曲能量最小 [ 3 ] 法是利用结构的弯曲应变能作为目标函数。根据理论 ：令EI→0或者EA→∞，则斜拉桥 一次落架的内力状态与调索目标为弯曲能量最小时的内力状态一致。 斜拉桥一次落架的内力状态的目标函数取为结构的弯曲应变能，对于离散的杆系结构， 弯曲应变能可写成： m li 2 U= ∑ Mi （1） i=1 2EI i i 根据斜拉桥索力优化的影响矩阵法及其应用方法的理论推导，对结构做一次落架计算， 忽略剪力影响，力法方程可写成： ⎛⎡ M（s）M(s) ⎤ ⎡ N（s）N(s) ⎤⎞ ⎜ i j i j ⎟{ } ds + ds T + ⎜⎢∑∫ EI ⎥ ⎢∑∫ EA ⎥⎟ ⎢ i i ⎥ ⎢ i i ⎥ ⎝⎣ ⎦ ⎣ ⎦⎠ （2） ⎛⎡ M（s）M(s) ⎤ ⎡ N（s）N(s) ⎤⎞ ⎜ i 0 i 0 ⎟ ds + ds =0 ⎜⎢∑∫ EI ⎥ ⎢∑∫ EA ⎥⎟