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PC斜拉桥斜拉索面积、索力及预应力筋综合优化

作　者: 邱常廷
导　师: 乔建东
学　校: 中南大学
专　业: 土木工程
关键词: PC斜拉桥合理成桥状态广义简约梯度法影响矩阵全桥自动优化索面积优化
分类号: U448.27
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 55次
引　用: 1次
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内容摘要

PC斜拉桥设计过程中,各斜拉索面积的选取、索力的调整及主梁内预应力的用量之间存在着是相互影响、相互耦合的关系,决定着全桥的内力状态和经济性能。大跨斜拉桥设计时往往需要经过反复调整与计算才能获得较满意的方案,计算工作量大、过程繁冗、设计结果受设计人员水平制约,是PC斜拉桥设计中的难点之一。关于确定PC斜拉桥合理成桥状态,国内外学者已进行了大量研究并取得了满意的成果,但是,将斜拉索面积作为变量纳入整个优化的范畴,在国内外尚无先例。本文在已有研究成果的基础上,主要完成了以下工作：1.综述了PC斜拉桥的发展概况,总结并比较了各类确定斜拉桥合理成桥状态的方法的特点；2.提出并建立了综合考虑索用量、索力和预应力的优化数学模型,兼顾了斜拉桥的合理成桥状态和经济性；3.详述了本文采用的优化算法—广义简约梯度法理论,对原程序GRG-C进行了改编和扩充并进行了算例考核,验证了程序的正确性与有效性；4.采用影响矩阵方法代替优化过程的结构重分析,大大缩短了计算时间,提高了程序执行效率；5.基于本文优化模型编制了FORTRAN程序并对一座典型大跨PC斜拉桥进行了优化计算及应力检算,结果表明优化后的梁、塔、索受力更合理,预应力筋及拉索用量总造价更低。说明本文方法的有效性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-21
  1.1 斜拉桥的发展  9-12
    1.1.1 斜拉桥发展概况  9-10
    1.1.2 PC斜拉桥的发展  10-12
  1.2 PC斜拉桥的特点  12-13
  1.3 斜拉桥的合理成桥状态  13-17
    1.3.1 桥梁合理设计状态  13-14
    1.3.2 斜拉桥合理成桥状态  14-15
    1.3.3 确定斜拉桥合理成桥状态的一般原则  15
    1.3.4 合理成桥状态一般确定方法  15-17
    1.3.5 各种方法的比较  17
  1.4 问题的提出  17-19
  1.5 本文的研究方法及内容  19-21
第二章 PC斜拉桥的斜拉索面积、索力及预应力筋综合优化  21-37
  2.1 引言  21
  2.2 基本思想  21-23
  2.3 影响矩阵法思想  23-25
  2.4 斜拉索索力和斜拉索面积影响的非线性问题  25-26
  2.5 优化模型的建立  26-34
    2.5.1 设计变量  26-27
    2.5.2 目标函数  27-28
    2.5.3 约束条件  28-34
    2.5.4 优化模型  34
  2.6 模型建立的相关技术性处理  34-35
  2.7 本章小结  35-37
第三章优化求解方法—广义简约梯度法  37-51
  3.1 GRG-2和GRG-C的发展概况及其特点  37-39
    3.1.1 发展概况  37
    3.1.2 程序特点  37-39
  3.2 程序GRG-2的算法原理  39-42
    3.2.1 广义简约梯度法的数学原理  39
    3.2.2 广义简约梯度法的迭代步骤  39-42
  3.3 程序GRG-C采取的改进措施  42-46
    3.3.1 单调性分析技术的应用  42-44
    3.3.2 专家系统思想的应用  44-45
    3.3.3 人机对话的处理方式  45-46
  3.4 程序GRG-C算法流程  46-48
  3.5 原优化程序的改进和数值验证  48-49
    3.5.1 程序改进  48
    3.5.2 算例数值验证  48-49
  3.6 本章小结  49-51
第四章鄂黄长江大桥合理成桥状态确定  51-77
  4.1 工程背景  51-56
    4.1.1 总体布置  51
    4.1.2 设计标准及规范  51-55
    4.1.3 构造设计  55-56
  4.2 结构计算模型  56-57
    4.2.1 有限元模型  56-57
    4.2.2 优化规模及求解  57
  4.3 恒载效应  57-60
  4.4 活载效应  60-62
  4.5 恒载加活载效应  62-64
  4.6 优化结果  64-76
    4.6.1 只张拉优化索力后结构受力情况  65-68
    4.6.2 张拉优化索力、预应力及修改索面积后结构受力情况  68-73
    4.6.3 索力对比  73-75
    4.6.4 应力对比及造价对比  75-76
  4.7 本章小结  76-77
第五章结论与展望  77-79
  5.1 结论  77-78
  5.2展望  78-79
参考文献  79-85
致谢  85-86
攻读硕士学位期间主要研究成果  86

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