[发明专利]一种悬索桥整体结构分析的参数化优化方法

摘要

一种悬索桥整体结构分析的优化方法，步骤如下：确定悬索桥主要构件尺寸参数，选择设计变量；建立悬索桥的参数化有限元模型，进行静力分析；判断悬索桥的受力和变形是否符合规范，若不符合计算应力调整系数，更新构件尺寸；判断应力或变形是否小于规范的40％，若不符合更新构件尺寸，反之，进入精确优化；计算锚碇、索夹、吊杆和主缆；建立优化目标函数，选择改进的遗传算法进行求解；若优化过程不收敛，重新进行初步优化，调整构件尺寸；输出优化结果。本发明的优化过程中引入两个设计变量对目标函数的影响因子，精确控制改进方向，从而对悬索桥整体结构进行优化，达到受力合理、造价经济的目标。

主权项

1.一种悬索桥整体结构分析的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：确定悬索桥主要构件尺寸参数，选择设计变量；根据设计要求，确定悬索桥的主要构件尺寸和荷载，包括主跨跨径l、吊杆间距a、桥面系重度q1和二期恒载q2，并选择优化过程的设计变量；依据主要构件尺寸和荷载的初值，计算边跨跨径l1、矢高f、塔高h、主缆截面面积Ad、吊杆截面面积Ah和索塔截面面积At的初始结果；S2：建立悬索桥的参数化有限元模型，进行静力分析；基于ANSYS有限元计算平台，利用APDL命令流语言对悬索桥进行参数化建模，将步骤S1中各个参数l、a、q1、q2、l1、f、h、Ad、Ah和At赋予初值，然后再选择单元类型、赋予材料属性、建立节点和单元、明确边界条件，最后进行静力分析，赋予材料属性包括弹性模量E和容许应力[σ]；静力分析之后，在恒载状态下调整索力，计算悬索桥的成桥状态，进行不同的荷载组合，输出内力、反力、应力结果；S3：判断悬索桥的受力和变形是否符合规范，若不符合计算应力调整系数，更新构件尺寸，反之，转S4；应力调整系数μ＝σi/[σ]，其中σi为步骤S2中静力分析得到的应力，[σ]为材料的容许应力，依据应力调整系数，按μ的倍数更新设计变量；S4：判断应力或变形是否小于规范的40％，若不符合更新构件尺寸，反之，进入精确优化；S5：计算锚碇、索夹、吊杆和主缆；建立优化目标函数，选择改进的遗传算法进行求解；一般结构优化设计问题表示为如下的非线性数学规划模型：其中，f(X)是目标函数，本优化中以结构的加权重量为设计目标，根据不同构件的单价进行加权即f(X)＝Pi·Wi；gj(X)为约束函数，本优化中是应力、位移等结构性状态函数，m为约束函数gj(X)的个数；X＝(x1,x2,…，xn)为设计变量，XL、XU分别为设计变量的下限和上限值，n是设计变量的个数，本优化中选择边跨跨径l1和矢高f作为设计变量；计算Δf、Δl1对目标函数的影响因子，即边跨跨径、矢高的单位变化量对目标函数的影响程度，通过影响因子确定改进方向，再结合改进的遗传算法进行优化分析；S6：建立优化目标函数，选择改进的遗传算法进行求解；S7：若优化过程不收敛，重新进行初步优化，调整构件尺寸；S8：输出优化结果。