基于已建连续刚构桥的关键设计参数优化算法研究

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连续刚构桥发展至今,凭借其良好的受力特性、较大的跨越能力以及较低的工程造价已然成为了桥梁领域的主要桥型之一。但目前连续刚构桥主要缺陷及病害显著,从设计角度对连续刚构桥主要桥梁病害进行优化尤为重要。针对连续刚构桥梁的设计而言,主要是基于以往的经验,并辅以软件计算,所以在设计初期需要进行大量的设计试验工作。鉴于此,本文以涪江特大桥为工程依托,结合现有的已建桥梁设计经验基础,通过优化算法的自学习能力,对桥梁关键设计参数进行最优化参数组合,同时,基于熵值法对优化前后的桥梁有限元模型进行对比评估,借此展开以下研究工作:
  (1)本文以涪江特大桥为工程依托,对连续刚构桥的关键设计参数进行敏感性分析,将梁底幂次、边中跨比、支点高跨比、跨中高跨比以及墩双肢间距这5个设计参数确定为优化参数。
  (2)本文通过整理统计国内外200余座连续刚构桥工程实例,从MySQL数据库系统统计分析得到以上设计参数的经验取值范围:梁底幂次为1.5~2.0次抛物线,边中跨比为0.5~0.7,支点梁高为4~15m,跨中梁高为2~5m,墩双肢净间距为3~7m。通过正交设计表及均匀设计表对以上各参数区间进行设计试验,得出的最优试验结果为:梁底幂次为1.6,边中跨比为0.53,梁高比为3,墩双肢净间距为7m,其中,支点梁高为12.5m,跨中梁高为4.17m。
  (3)在正交表试验的基础上,以L9(34)设计样本、L16(45)设计样本、L25(56)设计样本以及通过参数遍历设计得到的100组样本组合分别形成4组试验样本,作为神经网络系统的训练样本,训练结果表明神经网络取得了较好的拟合效果,满足收敛条件,训练效果完全满足工程需求。
  (4)将训练后的神经网络结合遗传算法,对设计参数组合进行预测优化,通过结合后的优化算法分别进行10次计算取平均值并分析结果方差。在100组样本数据下得出最优参数组合为:梁底幂次为1.6,边中跨比为0.53,梁高比为3.298,墩双肢净间距为7m,其中支点梁高为12.5m,跨中梁高为3.79m。
  (5)基于熵值法原理,将桥梁性能评估划分为3个一级评估指标、9个二级评估指标。3个一级评估指标分别为主梁挠度、主梁应力及结构自重;9个二级评估指标分别为中跨跨中挠度、边跨跨中挠度、中跨跨中应力、边跨跨中应力、结构自重等。通过各指标权重,得出了优化前后各模型最终评估得分,验证优化结果。
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