刚构桥梁的优化理论研究

刚构桥梁具有造价较低、施工方便和对地形、地质条件适应性好等优点，因此在大跨径桥梁中具有非常好的竞争力。刚构桥梁的设计参数非常多而且其中一些是相互耦合的，环境参数同时存在概率不确定性量和非概率不确定性量，其优化又属于有约束的多维非线性优化问题，因此研究难度较大。本研究拟建立的优化理论的优化目标为：考虑桥梁的鲁棒性需求，使结构的经济性和可靠性达到综合最优。研究内容主要将包含两方面：1.设计参数的敏感性研究。将引入基于遗传算法（GA）和人工神经网络(ANN)的理论来对计算和实测样本进行智能分析。研究时将同时考虑成桥状态和施工状态下两种不同的结构体系。2.环境参数的不敏感性研究，即鲁棒性。将引入模糊数学相关理论，考虑结构在施工、使用时产生的一些不确定因素产生的影响。通过鲁棒性研究，使桥梁能够适应各种不确定性环境，按设计预期正常工作。本项目的研究成果将对指导工程实践有较高的参考价值。

刚构桥梁具有造价较低、施工方便和对地形、地质条件适应性好等优点，因此在大跨径桥梁中具有非常好的竞争力。由于设计人员缺乏系统的理论指导桥梁结构的优化设计，结构的优化依靠人们积累起来的经验，带有很强的主观性和盲目性，且工作量大，费时费力，又无法保证方案的正确性。所以在大跨径PC连续刚构桥设计中，对主要参数进行优化研究是必要的。我国正出于公路建设的大发展阶段，刚构桥梁的应用非常广泛。本研究成果的应用有广阔的市场前景，对降低桥梁造价、确保桥梁安全有直接的作用。研究内容主要将包含两方面：1.设计参数的敏感性研究。2.环境参数的不敏感性研究，即鲁棒性。.对于连续刚构桥梁的优化目标，提出在静力作用下时以截面应力分布均匀且应力最小以及造价最低为优化目标。根据不同设计参数对连续刚构桥梁的受力影响，确定了在优化时的优化变量与优化常量。研究墩高比对桥梁的受力影响，计算得出墩高比的变化对连续刚构桥梁的上部受力影响较小，而对桥墩的自身受力影响较大的结论。边中跨比对边跨根部弯矩与中跨挠度影响较大，对中跨根部弯矩与中跨跨中弯矩影响较小。研究在不同边中跨比下主梁应力和挠度变化，用优化软件lingo 拟合边中跨比的变化曲线，得出采用较小的边中跨比可以得到较好的主梁强度和挠度的结论。.在考虑混凝土弹性模量与设计值存在差异的前提下，运用鲁棒优化设计方法研究在混凝土弹性模量值波动对连续刚构桥跨中挠度的影响，从而得出跨中挠度敏感性最小的弹性模量波动范围。结合该桥梁工程混凝土实验报告，分析不同配合比对混凝土抗压强度、弹性模量以及收缩徐变的影响。最终依据混凝土材料试验数据进行鲁棒分析，计算出主梁悬臂施工时混凝土弹性模量取值的合理区间，进而得到恰当的张拉控制龄期范围。