[发明专利]一种波浪环境下悬浮隧道结构的多参数优化方法

权利要求书

1.一种波浪环境下悬浮隧道结构的多参数优化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：计算波浪荷载作用下结构的动力响应

根据现有的结构动力响应计算方法，包括势流理论、计算流体力学CFD、有限元法和传统动力学计算波浪荷载作用下悬浮隧道关键位置的动力响应；选取管体的1/2跨、1/4跨、1/8跨位置作为结构的控制位置，其最大水平位移和竖向位移分别记为：S_hi,S_vi，i＝2,4,8；分别表示1/2跨、1/4跨和1/8跨；

S2：确定优化参数及其可行范围

悬浮隧道在设计节段考虑的参数包括：淹没水深d_s，浮重比R_bw，安装角α，倾斜角β，截面参数X＝{x₁,x₂,…,x_n}，其中x₁,x₂,…,x_n表示根据实际需求而确定的待优化的单个决策变量，包括截面高度、截面宽度和壁厚；

根据实际设计要求确定上述参数的可行范围，对于截面参数，保证隧道的空间大小不变，保证管体截面S_A面积保持不变，保证足够的车道宽度，保证截面的某个特征宽度L大于某个定值，保证隧道满足一定高的净空，保证截面的某个特征高度H大于某个特定值；

各优化参数及可行域表示为：

其中a₁,b₁、a₂,b₂、a₃,b₃以及a₄,b₄,分别表示淹没水深、倾斜角、安装角和浮重比取值区间的左右端点值，A₀、l₀和h₀为管体截面面积、截面特征宽度和截面高度的取值，以上数值根据悬浮隧道的设计需求选取；

S3：确定优化目标

以控制位置在不同波数k的波浪荷载作用下的最大水平位移和竖向位移的加权平方和作为优化目标，波数k变化区间记为[N_a,N_b]，N_a,N_b的取值可根据实际的波浪观测统计数据来确定，优化目标表示为：

其中C为优化系数，S_hi,S_vi(i＝2,4,8)分别表示波浪荷载作用下管体二分之一跨，四分之一跨，八分之一跨处的水平位移和垂直位移，w_h、w_v为权重系数，w_h、w_v均为正数且两者的和为1；

S4：对优化目标进行参数优化

优化目标表示为：

该优化目标为约束优化问题，先将等式约束条件处理为不等式约束条件，然后根据悬浮隧道动力响应的计算方法，选取梯度下降算法或一维循环搜索算法进行求解。