[发明专利]一种独塔单索面斜拉桥桥塔锚固区环向预应力束配置与优化方法

权利要求书

1.一种独塔单索面斜拉桥桥塔锚固区环向预应力束配置与优化方法，其特征在于，所述方法具体步骤如下：

(1)在桥塔锚固区沿高度方向设置若干环向预应力束以增强结构承受斜拉索索力产生的水平拉力的能力，为使桥塔塔壁在荷载作用下为受压状态，建立整个桥塔的有限元模型并进行试算，初步得到环向预应力筋配置方案；依据初步得到的环向预应力筋配置方案模拟计算桥塔锚固区在不同工况下的应力分布状况，针对环向预应力束配置导致的局部拉应力过大现象，执行后续步骤开展预应力筋的张力优化；

(2)对斜拉桥桥塔锚固区内部预应力筋进行分区，将相邻的环向预应力筋归为一组，并对各组预应力筋设定张拉系数向量{a}，张拉系数向量{a}的分量数量与环向预应力筋分组数量相同，张拉系数代表张拉各组预应力筋时实际张拉力与设计张拉力的比值，各张拉系数初始值均为1，在以初始张拉系数{a}为中心的一定区间内生成初始张拉系数种群{a}_i，i＝1,2,3…n，n为所述初始张拉系数种群的种群大小；

(3)通过有限元模型求解与各张拉系数向量对应的锚固区应力分布状况，选取桥塔锚固区危险区域代表性位置的拉应力σ_i的平均值为优化目标，利用选取位置的第一主应力计算得到与张拉系数{a}_i对应的适应度f_i，由此建立起优化模型

(4)采用遗传算法，首先直接保留父代种群中适应度最高的个体作为子代张拉系数，目的为防止较优解流失；然后依据适应度在父代种群中进行n次随机选择，在每次选择中，张拉系数个体{a}_i被选中的概率P_i为其适应度在剩余所有个体适应度之和中占的比例，表示为

选择完毕后，对被选中的个体进行交叉和变异操作，最终生成子代张拉系数种群；

(5)判断是否达到设定的遗传算法迭代次数N_c，若是，则输出当前子代张拉系数种群作为较优种群，并执行步骤(6)转入蜂群算法阶段；若否，则步骤(4)生成的子代张拉系数种群将作为下一代子代种群的父代种群，重复步骤(3)～(5)，每重复一次遗传算法迭代次数N＝N+1；

(6)采用蜂群算法，以步骤(5)得到的较优种群作为蜂群算法的食物源，种群中每个张拉系数向量代表一个食物源，共有n_s个食物源；去除食物源中的重复解，并在一定区间内随机取值，补充食物源数量变回n_s个食物源；

(7)引领蜂在每个食物源附近进行一次搜索，随机生成一个新食物源{A}_i，向量{A}_i中各分量A_ij的值由下式得到：

A_ij＝a_ij+φ_ij(a_ij-a_kj) (3)

式中，a_ij为旧食物源{a}_i的向量分量，i表示第i个食物源，j代表第j组预应力筋，k为1,2,3,…,n_s中的随机生成数且k≠i，φ_ij为[-1,1]之间的随机数；

比较新食物源{A}_i与旧食物源{a}_i的适应度，保留适应度更高的食物源；

(8)若干跟随蜂按照式(2)的概率在所有当前食物源中进行选择，每只跟随蜂对被选中的食物源按照式(3)生成新的食物源，在被选择食物源与所有由该食物源新生成的食物源中保留适应度最高的食物源，作为当前食物源；

(9)比较当前各食物源的适应度，得到当前的最优张拉系数，与历史最优张拉系数比较，若当前最优张拉系数适应度更高，则将其记录为历史最优张拉系数；

(10)判断是否存在食物源经过M_s次迭代仍未发生改变，若存在，则舍弃所述食物源，并对剩余食物源执行步骤(4)～(10)，产生新的食物源种群进行迭代计算；若否，则执行步骤(11)；

(11)判断是否达到设定的蜂群算法迭代次数M_c，若是，则输出历史最优张拉系数，结束优化计算；若否，则重复步骤(7)～(10)；每重复一次，蜂群算法迭代次数M＝M+1。