基于安全系数优化的斜拉桥合理成桥状态研究

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斜拉桥因其受力特性与良好跨越能力已成为大跨径桥梁领域应用最为广泛的桥型之一,而合理成桥状态研究是斜拉桥设计流程中的核心环节。为在现有研究基础上不断突破,应该使当前斜拉桥合理成桥状态优化研究的方向不再局限于关注结构受力上,更应在对象范围和目标深度上进行拓展,即不仅要兼顾恒、活载作用,更要在优化目标之中考虑进如对斜拉桥结构安全性能优化等更深层次的追求目标,以确定出综合考虑了多维度目标的更为合理的斜拉桥成桥状态。结合依托工程,本文针对斜拉桥的合理成桥状态优化开展具体研究如下:
  1.在现有研究基础上,打破斜拉桥设计时“验算通过即合理”的固有观念和用“弯矩可行域”确定兼顾恒、活载共同作用下斜拉桥合理成桥状态的方法在目标上的笼统性,将合理成桥状态优化目标拓展到兼顾恒、活载共同作用的最不利荷载组合下斜拉桥各构件安全系数上;与现有研究对比分析结果表明,此优化原则在保证斜拉桥成桥受力合理性的基础上能提高桥梁整体安全储备能力。
  2.兼顾安全系数目标,提出结合相对刚度法计算初索力,代入此初索力进行未知荷载系数求解,再通过影响线法、影响矩阵法对最不利荷载组合下各构件最小安全系数进行优化的斜拉桥合理成桥状态综合优化方法;优化过程中验证了相对刚度法确定初索力的合理性及求解结果在结构位移上的缺陷;验证了未知荷载系数法求解过程中初索力值的输入对最终成桥状态结果的合理性具有较大影响并证实文中提出的将相对刚度法求解的初索力作为索力输入值进行未知荷载系数求解的方法是更为合理的;验证了影响线法、影响矩阵法能对最不利荷载组合下斜拉桥各构件最小安全系数做出有效调节;最终优化结果表明本文提出的综合方法对最不利荷载组合下各构件最小安全系数的优化是有效的,保证斜拉桥成桥状态受力合理的前提下提高了斜拉桥在恒、活载共同作用下的安全储备水平。
  3.将兼顾安全系数目标的思想贯彻到斜拉桥合理施工状态研究中,通过无应力状态法确定依托工程合理施工索力并对正装结果的合理性和不闭合原因展开分析,验证了该方法对钢箱梁斜拉桥合理施工索力的计算具有优越性、可靠性;对施工过程展开优化控制研究,结果表明施工过程中各构件受力安全且应力储备良好;再基于文中确定的斜拉索合理安全系数范围和最不利荷载组合下的最大索力对原配索方案进行优化,结果表明在保证拉索具有合理安全储备的前提下有效减少了配索成本。
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