[发明专利]基于疲劳寿命评估的大跨斜拉桥梁钢混结合段位置优选方法

说明书

本发明涉及大跨斜拉桥桥梁钢混结合段位置的优选。选取大跨斜拉桥钢混结合段截面弯矩、钢混结合段剪力连接件疲劳寿命，钢混结合段施工阶段桥墩附加弯矩及混凝土梁和钢梁造价四个目标，以钢混结合段位置作为决策变量，建立一个优选钢混结合段位置的多目标函数，利用遗传算法求解上述多目标函数，得到钢混结合段优选位置。和现有技术相比，本专利从考虑结构疲劳损伤的角度提出了一种大跨斜拉桥钢混结合段优选方法，解决了大跨斜拉桥钢混结合段剪力连接件会产生疲劳破坏的隐患。

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及大跨斜拉桥主梁钢混结合段位置的优选。

背景技术

斜拉桥是大跨径桥梁的主要桥型之一。为提高斜拉桥跨越能力，斜拉桥中跨常采用轻质高强的钢结构桥面梁，边跨采用结构自重及刚度大，压载及锚固作用好的混凝土梁。两种不同材料的桥面梁结合部位刚度变化较大，局部应力集中，是桥梁设计的关键部位，在桥梁整体设计时，确定钢混结合段的合理位置是要解决的一个关键问题。

现有技术在确定钢混结合段位置时考虑了钢混结合段截面处在静力荷载作用下的弯矩和剪力，钢混结合位置对施工的影响及对桥梁造价的影响。但斜拉桥钢混结合段受力复杂，特别是钢混结合段剪力连接件处应力较集中，在运营期动荷载作用下，钢混结合段剪力连接件不可避免地存在疲劳寿命问题。在确定钢混结合段位置时，如果只考虑静力荷载影响，而忽略剪力连接件的疲劳寿命问题，必然会在设计上存在安全隐患，这是现有技术的不足。因此，有必要设计一种基于疲劳寿命评估的大跨斜拉桥梁钢混结合段位置优选方法，更有效的确定钢混结合段位置。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种基于疲劳寿命评估的大跨斜拉桥梁钢混结合段位置优选方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、建立钢混结合段位置优选的目标函数：首先根据影响钢混结合段位置确定的四个主要因素：钢混结合段截面静力作用下的弯矩和剪力；钢混结合段剪力连接件的疲劳寿命；钢混结合段位置对施工的影响；钢混结合段位置对结构造价的影响，分别建立钢混结合段位置与各因素之间的函数关系；然后结合钢混结合段位置与各因素之间的函数关系建立钢混结合段位置优选的多目标函数；

步骤2、目标函数求解：首先钢混结合段x的取值范围内选取一系列离散点，根据有限元方法和拟合方法，拟合出钢混结合段位置与各因素之间的函数关系的解析表达式，然后将步骤1中的多目标函数转化为单目标函数优化问题，并采用遗传算法进行优化，最终得到钢混结合段的优选位置。

所述步骤1中四个影响因素与钢混结合段位置之间的函数关系建立过程如下：

步骤1.1、建立钢混结合段位置与钢混结合段处静力作用下截面弯矩的函数关系：斜拉桥钢混结合段设置在主塔的中跨一侧，以斜拉桥桥塔所在中心线为坐标原点，从原点指向斜拉桥跨中方向为X方向，建立坐标系，设x为钢混结合段距原点的距离，M为钢混结合段处(A₂点)截面弯矩，建立钢混结合段位置与钢混结合段处截面弯矩的函数关系：

M＝f_M(x) (1)

步骤1.2、建立钢混结合段位置与钢混结合段剪力连接件的疲劳寿命之间的函数关系：

N＝f_N(x) (2)

式中N表示钢混结合段剪力连接件的疲劳寿命代表值；

步骤1.3、建立钢混结合段位置与施工阶段桥墩容许附加弯矩之间的函数关系：

M_s＝f_s(x)≤ΔM (3)

其中M_s表示桥梁结构在施工阶段产生的附加弯矩，ΔM表示桥墩容许附加弯矩；