軌道交通U型梁的截面優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、U型梁是城市軌道交通中最為新穎的一種高架橋橋型，在國內(nèi)外都得到了越來越多的應(yīng)用。U型梁是由底板、腹板及橫梁等部分組成的一種新型的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，屬于下承式預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，它具有節(jié)省投資、外形美觀、軌面標(biāo)高低、施工周期短等特點(diǎn)。U型梁的橫截面比較特殊，腹板和底板比較薄，并且截面整體向上開口，導(dǎo)致抗扭剛度與傳統(tǒng)梁截面相比較差，傳統(tǒng)的U型梁由于受力比較冗雜，制作步驟較多，并且施工過程繁雜等一系列問題，對(duì)U型梁更大范圍內(nèi)的使用造成了一定的限

2、制。而且，現(xiàn)階段U型梁在我國軌道交通中正處于起步階段，對(duì)于U型梁的研究并不多，國內(nèi)外對(duì)于U型梁的截面優(yōu)化的研究少之又少。為了使U型梁更加經(jīng)濟(jì)適用，使U型梁能夠在城市軌道交通中得到更好的應(yīng)用，就要分析U型梁的受力特性，對(duì)于U型梁的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。
　　設(shè)計(jì)橋梁的最根本要求就是要保證橋梁安全、適用和經(jīng)濟(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠使材料的性能得到最合理最充分地利用，使單元內(nèi)部各個(gè)單元最好的協(xié)調(diào)，使各單元具有規(guī)范的安全度。同時(shí)，優(yōu)化設(shè)計(jì)為

3、結(jié)構(gòu)整體性方案設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)合理的決策，它是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)安全和經(jīng)濟(jì)的最終目標(biāo)的有效途徑。遺傳算法是目前采用最廣泛的一種進(jìn)行截面優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，它是建立在優(yōu)勝劣汰生物進(jìn)化理論和生物遺傳學(xué)說基礎(chǔ)上的一種并行、高效的整體探求方式，具有適用范圍廣泛，優(yōu)化結(jié)果準(zhǔn)確等很多優(yōu)點(diǎn)。
　　本文以上海某軌道交通中的U型梁橋作為工程背景，采用有限元分析軟件MIDAS CIVIL和數(shù)學(xué)模型計(jì)算軟件MATLAB，先使用遺傳算法對(duì)U型梁截面進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，再使用梁單

4、元法建立模型對(duì)不同截面的U型梁的受力性能進(jìn)行研究對(duì)比，得到符合規(guī)范并滿足受力條件的最優(yōu)化的截面。主要內(nèi)容包括：
　?。?）通過分析U型梁的受力特點(diǎn)，來確定具有主要決定作用的截面參數(shù)。對(duì)于U型梁來說，決定結(jié)構(gòu)受力特性的變量有梁高、腹板厚度尺寸、底板厚度尺寸和預(yù)應(yīng)力配筋面積等，四種不同的截面參數(shù)決定了U型梁的截面形狀，也對(duì)結(jié)構(gòu)受力有不同的影響。
　?。?）運(yùn)用遺傳算法工具箱，從工程自身的實(shí)際問題出發(fā)，得到數(shù)學(xué)模型，確定目標(biāo)函數(shù)、

5、設(shè)計(jì)變量和約束條件。本文中以預(yù)應(yīng)力U型梁的制造成本為目標(biāo)函數(shù)，以正截面強(qiáng)度要求、規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸的限定以及滿足施工和使用階段的應(yīng)力等要求作為約束條件，分別以U型梁截面的梁高、腹板厚度、底板厚度和預(yù)應(yīng)力配筋面積為設(shè)計(jì)變量，應(yīng)用遺傳算法對(duì)得到的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算最終得到最佳的截面形式。
　?。?）結(jié)合以上數(shù)據(jù)，利用MIDAS CIVIL軟件就優(yōu)化前后的截面構(gòu)造形式分別用梁單元法建模，對(duì)不同參數(shù)下的截面進(jìn)行受力特性的對(duì)比計(jì)算，通過對(duì)比得出最