波形鋼腹板PC組合箱梁橋截面優(yōu)化設(shè)計和剪力連接件研究.pdf

1、隨著科技的進步,計算機硬件的迅猛發(fā)展,借助先進的計算機我們可以將先進的優(yōu)化算法、優(yōu)化思想和工程實際相結(jié)合,對工程結(jié)構(gòu)進行準確、高效、快速的優(yōu)化設(shè)計工作。這也是未來結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域不可逆轉(zhuǎn)的必然趨勢。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化設(shè)計有著相似的設(shè)計原則和過程,二者之間的差別在于傳統(tǒng)設(shè)計缺乏經(jīng)濟性和安全性等評價指標。而結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的指導(dǎo)思想就是在明確結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟、安全等指標的前提下,結(jié)合先進的算法和計算機技術(shù),實現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)的計算分析、設(shè)計等全部過程。結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2、設(shè)計有利于提高設(shè)計質(zhì)量和效率。本文正是基于這樣的研究背景,針對目前橋梁設(shè)計領(lǐng)域存在的各種問題,提出了對橋梁截面進行拓撲優(yōu)化、截面尺寸優(yōu)化,來解決目前在橋梁設(shè)計領(lǐng)域存在的重復(fù)設(shè)計、低效設(shè)計的弊病,進一步拓展優(yōu)化設(shè)計的適用范圍。
　　本文依托邢臺某波形鋼腹板PC組合箱梁橋展開優(yōu)化設(shè)計研究,具體完成以下幾個方面的工作:
　　1.在廣泛閱讀文獻和調(diào)研的基礎(chǔ)上,深入總結(jié)了波形鋼腹板PC組合箱梁橋的特點、發(fā)展現(xiàn)狀、受力性能。同時總結(jié)了結(jié)

3、構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的研究現(xiàn)狀以及針對波形鋼腹板這種橋型優(yōu)化設(shè)計存在的問題。
　　2.對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的一般數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化設(shè)計的分類、常用的優(yōu)化算法進行了研究。介紹了ANSYS軟件的優(yōu)化理論及其優(yōu)化設(shè)計方法,同時總結(jié)了基于ANSYS能夠識別的APDL語言優(yōu)化的一般步驟。
　　3.利用APDL語言對ANSYS內(nèi)嵌的拓撲優(yōu)化模塊進行了二次開發(fā)和拓展,編寫了基于位移靈敏度和應(yīng)力靈敏度的ESO拓撲優(yōu)化程序。給出了波形鋼腹板PC組合截面的拓撲優(yōu)化

4、問題的求解方法,獲得了布局合理的截面形式。通過ANSYS內(nèi)嵌的優(yōu)化模塊求解了拱橋的最優(yōu)橋型形式,比較了二維和三維結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化的不同。這種將優(yōu)化算法與ANSYS優(yōu)化模塊相結(jié)合來解決結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的模式,為類似優(yōu)化軟件的設(shè)計開發(fā)提供了可借鑒的經(jīng)驗。
　　4.總結(jié)了波形鋼腹板PC組合箱梁橋的主要受力特點,包括抗彎設(shè)計、抗剪設(shè)計及穩(wěn)定性設(shè)計。在結(jié)合以往的設(shè)計經(jīng)驗和對已建在建類似橋梁尺寸分析的基礎(chǔ)上,給出了波形鋼腹板幾何參數(shù)的取值范圍。在已有

5、截面拓撲優(yōu)化研究成果的基礎(chǔ)上,采用APDL語言編寫了截面尺寸優(yōu)化程序,對變高截面波形鋼腹板PC組合箱梁橋3個典型節(jié)段進行了截面全參數(shù)、多約束的尺寸優(yōu)化設(shè)計,獲得了結(jié)構(gòu)合理的截面尺寸。
　　5.通過對Twin-PBL、S-PBL兩種剪力連接件推出試驗的數(shù)值模擬,分析了連接件從開始受力到剪斷破壞的全過程。研究了兩種連接件的滑移量、承載能力、構(gòu)件應(yīng)力等力學(xué)性能的不同,總結(jié)了PBL剪力連接件的破壞機理及破壞種類。通過對波形鋼腹板PC組合箱