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基于可靠性的简支钢桁架桥优化设计方法

作　者: 李鑫奎
导　师: 杨刚
学　校: 大连海事大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 钢桁架桥 优化 可靠性 灵敏度
分类号: U442.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 201次
引　用: 3次
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内容摘要


桥梁优化问题已经成为桥梁科技发展的前沿课题,尽管优化设计在机械等领域取得了较大成果,但由于桥梁自身结构特点的限制使得桥梁优化设计发展较为缓慢,实际应用较少。以往的桥梁设计都是满足规范要求的最初等设计,这种设计既不能描述和处理桥梁结构中客观存在的各种不确定性因素,更无法科学的协调他们之间的矛盾,使它们达到合理的平衡,因此有必要重视优化设计在桥梁中的应用。论文搜集了大量有关桥梁优化设计、可靠性分析等方面的文献,借鉴了现有的最新科研成果,同时结合ANSYS有限元分析软件对桁架桥进行了考虑可靠度的优化设计分析研究,本文主要对以下五个方面进行了研究分析。1.结合钢桁架桥的特点,建立钢桁架桥有限元模型,对钢桁架桥进行加载模拟,分析桥梁受力特性及应力分布,从而为以后的优化设计奠定基础。2.结合ANSYS有限元分析软件中的优化分析功能对钢桁架桥进行以桥梁结构中最大应力和最大挠度为约束条件,以截面尺寸为设计变量,以全桥自重为目标函数的优化分析,对于优化结果进行局部稳定性、整体稳定性验算,对于不满足要求的截面尺寸进行调整,最终确定桁架桥截面尺寸。3.对优化后的钢桁架桥进行可靠度计算,分析在汽车荷载下桥梁体系的可靠性。同时对钢桁架桥体系可靠度进行灵敏度分析,确定各个截面尺寸对桥梁可靠性的影响程度。4.结合对钢桁架桥可靠度的灵敏度分析,对桥梁进行优化设计,实现基于可靠性的桥梁优化设计。5.针对当前桁架桥破坏的特点,提出了用复合材料替代结构中薄弱杆件,从而达到提高桥梁承载力的目的,并对提高的具体数值进行了计算和分析。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-23
  1.1 进行桥梁优化设计的目的和意义  11-12
  1.2 桥梁优化设计在国内外的发展及现状  12-16
  1.3 结构可靠度理论及发展状况  16-18
  1.4 结构体系可靠度的计算公式  18-20
  1.5 基于可靠度的桥梁结构优化模型  20-21
  1.6 基于可靠度优化设计的算法  21
  1.7 本文主要的工作与研究内容  21-23
第2章 钢桁架桥有限元模型的建立及静力分析  23-43
  2.1 基于传统方法的钢桁架桥设计  23-30
  2.2 建立钢桁架桥有限元模型进行全桥仿真模拟  30-35
    2.2.1 基于ANSYS的有限元建模  30-35
  2.3 优化前钢桁架桥的有限元静力分析  35-43
    2.3.1 全桥最不利荷载位置的确定  35-36
    2.3.2 全桥静力模拟分析  36-43
第3章 钢桁架桥的优化设计  43-57
  3.1 基于ANSYS软件优化方法的介绍  44-46
  3.2 桁架桥基于ANSYS优化的实现  46-54
    3.2.1 优化过程中优化变量的确定  46-48
    3.2.2 钢桁架桥的优化设计分析  48-51
    3.2.3 杆件的局部稳定性、整体稳定性验算  51-54
  3.3 钢桁架桥优化后静力分析  54-57
第4章 钢桁架桥考虑可靠度的优化设计  57-74
  4.1 随机场问题  57-58
  4.2 基于随机有限元的可靠度基本原理及算法  58-60
    4.2.1 Neumann展开Monte-Carlo随机有限元法(NSFEM)  59-60
  4.3 桥梁结构可靠度计算实现的基础  60-66
    4.3.1 基于ANSYS结构可靠性分析的介绍  60-64
    4.3.2 基于ANSYS的桥梁可靠性分析步骤  64-65
    4.3.3 抗力的概率模型  65-66
    4.3.4 荷载的概率模型  66
  4.4 钢桁架桥基于可靠性优化设计分析  66-70
    4.4.1 基于可靠性分析优化设计在ANSYS软件中的实现方法  67
    4.4.2 钢桁架桥普通优化后的静力可靠性分析  67-70
  4.5 基于可靠性的优化设计  70-74
    4.5.1 截面尺寸调整后钢桁架桥静力及可靠性分析  72-74
第5章 提高桥梁承载力分析  74-78
  5.1 桁架桥中薄弱杆件的分析  75
    5.1.1 复合材料介绍  75
  5.2 桥梁极限荷载的确定  75-78
结论  78-80
参考文献  80-83
攻读学位期间公开发表论文  83-84
致谢  84-85
研究生履历  85

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 勘测、设计与计算 > 桥涵设计
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