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雁栖大桥成桥状态及施工阶段吊杆索力优化研究

作　者: 罗振林
导　师: 乔建东
学　校: 中南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 索力优化合理成桥状态有约束最小能量法约束变尺度法吊杆张拉力影响矩阵法
分类号: U448.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 118次
引　用: 6次
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内容摘要

本文以衡阳市雁栖大桥为工程背景,研究了雁栖大桥合理成桥状态下最优吊杆索力,以及施工过程中吊杆张拉力的确定与调整。所做的主要工作归纳如下:1.编制了可对由桁架单元和梁单元组合而成的结构进行线性静力分析的有限元计算程序,并通过经典例题验证了有限元计算程序的正确性。介绍了雁栖大桥有限元计算模型的建立过程。2.采用有约束最小能量法,以系杆拱桥拱肋和主梁的拉压及弯曲应变能之和为目标函数,以指定节点位移、截面弯矩及吊杆索力上下限为约束条件,建立了确定雁栖大桥合理成桥状态最优索力的优化数学模型。3.回顾了优化算法理论并将实现约束变尺度法算法的原程序进行了改进,适应了大型优化问题的求解。4.将本文优化方法算得的成桥状态的最优索力与原设计的索力进行了比较,本文优化方法算得的索力优于原设计索力。5.采用分步张拉策略实现吊杆的张拉,确定施工阶段第一次张拉吊杆时张拉吊杆至成桥状态吊杆张拉力的50%,应用影响矩阵法确定施工阶段第二次张拉吊杆时的吊杆张拉力,实现了在张拉各吊杆仅两次的情况下,就使各吊杆索力达到成桥状态设计值。为施工监控提供了理论依据。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-20
  1.1 系杆拱桥的概念及受力特点  8-9
  1.2 系杆拱桥的发展历史  9-12
  1.3 工程背景  12-14
  1.4 系杆拱桥的设计与施工  14-16
    1.4.1 系杆拱桥的设计  14
    1.4.2 系杆拱桥的施工  14-16
  1.5 索力优化的概念  16-17
  1.6 本文研究问题的提出  17-18
  1.7 本文的主要研究内容  18-20
第二章有限元计算程序及全桥计算模型介绍  20-36
  2.1 有限元法基本理论和分析步骤  20-24
    2.1.1 基于最小势能原理的有限元法  20-21
    2.1.2 两力杆单元刚度矩阵  21-22
    2.1.3 空间梁单元刚度矩阵  22-24
  2.2 有限元程序介绍  24-31
  2.3 全桥计算模型介绍  31-32
  2.4 程序的例题考证  32-34
  2.5 本章小结  34-36
第三章雁栖大桥成桥状态吊杆索力的有约束优化  36-54
  3.1 优化方法概述  36-38
    3.1.1 斜拉桥索力优化方法介绍  36-37
    3.1.2 本文所采用的优化方法  37-38
  3.2 优化模型的建立  38-42
    3.2.1 变量及影响矩阵  38
    3.2.2 优化目标函数  38-40
    3.2.3 优化约束  40-41
    3.2.4 优化模型  41
    3.2.5 优化规模  41-42
  3.3 优化方法及程序实现  42-50
    3.3.1 约束变尺度法算法原理  42-45
    3.3.2 优化程序的算法步骤  45-49
    3.3.3 优化程序的算例考证  49-50
  3.4 雁栖大桥优化结果  50-53
    3.4.1 恒载作用下结果  50-52
    3.4.2 恒载加活载作用下结果  52-53
  3.5 本章小结  53-54
第四章雁栖大桥施工阶段吊杆张拉力的确定与调整  54-64
  4.1 概述  54
  4.2 雁栖大桥成桥状态吊杆张拉力及其张拉顺序  54-55
  4.3 施工阶段第一次张拉吊杆时吊杆张拉力的确定  55-59
    4.3.1 用刚性支承连续梁法确定第一次张拉吊杆时的吊杆张拉力  56-57
    4.3.2 张拉吊杆至成桥状态吊杆张拉力的50%  57-59
  4.4 施工阶段第二次张拉吊杆时吊杆张拉力的确定  59-63
    4.4.1 影响矩阵法  60-61
    4.4.2 应用影响矩阵法调整的结果  61
    4.4.3 第二次张拉吊杆时吊杆张拉力及成桥吊杆张拉力  61-63
  4.5 本章小结  63-64
第五章结论与展望  64-66
  5.1 本文结论  64
  5.2 对本课题研究的展望  64-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间主要的研究成果  71

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