基于H∞范数的钢桁架桥动力性能优化研究
发布时间：2021-06-11 23:21
钢桁架桥因具有构造简单、承载能力高、纵向与横向刚度大、施工周期短等优点,在现代桥梁学发展中起到了非常重要的承上启下的作用。随着钢结构材料桥梁的逐渐普及,在大跨度钢结构桥梁建造时,往往采用钢桁架的结构形式进行设计。因此钢桁架桥在交通运输线路的建造中被大量应用。随着社会发展,桥梁工程作为交通运输的生命线工程,在地震时桥梁产生的破坏不仅会造成严重的经济损失,也会为后续的救援工作造成阻碍。但随着桥梁学的发展,近代桥梁结构趋于轻,柔的特点,这也对钢桁架桥结构在承受地震作用、列车荷载等动力作用时的结构响应性能提出了考验。因此,本文引入H∞范数作为动力性能优化的控制参数,采用遗传算法对钢桁架桥进行动力性能优化。具体工作内容如下:（1）提出钢桁架桥动力性能指标。H∞范数表征着系统的传递函数的最大增益。对于钢桁架桥系统,H∞范数表示动力作用下,结构输出能量与动力作用输入能量的比值,且H∞范数由结构自身特性决定,不被外加荷载影响。因此可以把H∞范数作为衡量钢桁架桥动力性能的指标。为计算结构的H∞范数,需要计算钢桁架桥结构的刚度、质量矩阵。采用MATLAB软件建立钢桁架桥有限元模型,对钢桁架桥结构的刚度、质...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?Ｈ〇〇控制简图??Ｆｉｇ?１．１?Ｈｃｏ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｄｉａｇｒａｍ??
?基于Ｈ…范数的钢桁架桥动力性能优化研宄???（２）定义节点坐标。定义顺桥向方向为ｘ轴方向，横桥向方向为ｊ；方向，竖向为ｚ方??向。坐标（０，?０，?０）点为１号节点，坐标（８，?０，?１１）点为２号节点，节点编号顺序从第一榀??到第二榀依次编号。??（３）定义连接方式。单元编号原则遵循尽量使单元的两节点编号数目总和最校第一??榀主桁部分单元示意图如图２．１所示。另一榀主桁单元节点编号规则与第一榀相同。??１４１?７２?１：３７?７〇?ｉ３３?７８?１２蚨?７６?１２５?７４?１２１?７２??、—＇?：?－／：一丨上、一?／’?上、广．；一＇?／’、■）、、??１４２?＇１４０?１３８?１３６?１３４?１３２?１３０?１２８?１２６?１２４?１２２?１２０?１１８??Ｉ?、＇／?Ｉ?、、、‘；／?！?＼??巧１３９?７１?１３５；?６９?＾?６７￣（２７?６５?＾?６３?１１??２?４?４?８?６?１２?８?１—６?１０?２０?１２、２４??－、、?Ｉ?／?｜?＼、：?／?＾?＼??１?＾?：．ｖ３?５＾?７?９?／?１１?Ｍ３?１５?１７，．?１９?，２１?２３?２５??／?Ｉ?＼?／?＼?Ｉ?／?｜?＼?／??１?２?３?６?５?１〇＿?７?１４?９?．１８?１１?２２?１３?２６??图２．１部分单元、节点示意图??Ｆｉｇ?２．１?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｎｏｄｅ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ??（４）定义边界。本文模型为一三跨连续钢桁架梁桥，每跨长度相等，４个支座，则全??桥共８个约束，第１跨和第２跨间支座约束ｘ、ｙ、ｚ三个方向的位移，其余支座只约束ｚ??方向位移。??（５
市面上的商业有限元软件很多，比如ＡＮＳＹＳ等都具备成熟的有限元分析计算??功能。在此之中，Ｍｉｄａｓ软件作为一款商业有限元软件，更多的应用在工程设计方面，??而本文旨在提出一种与工程实用相关的优化方法，为此本文采用Ｍｉｄａｓ?Ｃｉｖｉｌ软件进行有??限元模型的对比，以及在后文中验证地震作用下优化前后的时程响应对比。并且Ｍｉｄａｓ??软件在地震作用下的响应计算上，具备己有的地震时程，为计算提供了便利，且计算速??度很快，可以充分满足本文研宄的需要。在Ｍｉｄａｓ软件建立原结构的有限元模型如图２．３。??图２．３?Ｍｉｄａｓ软件下全桥结构模型图??Ｆｉｇ?２．３?Ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎ?Ｍｉｄａｓ??在原有的ＭＡＴＬＡＢ模型基础上，与Ｍｉｄａｓ模型进行对比。分别在ＭＡＴＬＡＢ软件??建立的模型与Ｍｉｄａｓ软件下的模型的第一跨跨中施加相同的竖向单位力，通过比较两模??型各个节点的位移的方式进行验证，由于主桁结构两榀对称，全桥关于跨中对称，因此??选取前半跨第一榀主桁节点进行位移对比验证。选取节点竖向位移验证结果如表２．４。??计算比较ＭＡＴＬＡＢ模型与Ｍｉｄａｓ模型单位力作用下节点位移后发现，相对误差基??本都在１０％以内，因此可以认为ＭＡＴＬＡＢ模型与Ｍｉｄａｓ模型在承受静荷载作用时，位??移基本一致。因此证明ＭＡＴＬＡＢ模型与Ｍｉｄａｓ模型基本吻合，说明ＭＡＴＬＡＢ程序建??立的有限元模型是可靠的，可以使用在ＭＡＴＬＡＢ程序下建立的有限元模型，计算刚度、??质量矩阵，进行优化算法的运算。??２．?３刚度、质量矩阵缩减??由于本文研究有限元模型，节点数为１２０，单个节点自由度为３，添加约束条件后，?
本文编号：3225464
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?Ｈ〇〇控制简图??Ｆｉｇ?１．１?Ｈｃｏ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｄｉａｇｒａｍ??
?基于Ｈ…范数的钢桁架桥动力性能优化研宄???（２）定义节点坐标。定义顺桥向方向为ｘ轴方向，横桥向方向为ｊ；方向，竖向为ｚ方??向。坐标（０，?０，?０）点为１号节点，坐标（８，?０，?１１）点为２号节点，节点编号顺序从第一榀??到第二榀依次编号。??（３）定义连接方式。单元编号原则遵循尽量使单元的两节点编号数目总和最校第一??榀主桁部分单元示意图如图２．１所示。另一榀主桁单元节点编号规则与第一榀相同。??１４１?７２?１：３７?７〇?ｉ３３?７８?１２蚨?７６?１２５?７４?１２１?７２??、—＇?：?－／：一丨上、一?／’?上、广．；一＇?／’、■）、、??１４２?＇１４０?１３８?１３６?１３４?１３２?１３０?１２８?１２６?１２４?１２２?１２０?１１８??Ｉ?、＇／?Ｉ?、、、‘；／?！?＼??巧１３９?７１?１３５；?６９?＾?６７￣（２７?６５?＾?６３?１１??２?４?４?８?６?１２?８?１—６?１０?２０?１２、２４??－、、?Ｉ?／?｜?＼、：?／?＾?＼??１?＾?：．ｖ３?５＾?７?９?／?１１?Ｍ３?１５?１７，．?１９?，２１?２３?２５??／?Ｉ?＼?／?＼?Ｉ?／?｜?＼?／??１?２?３?６?５?１〇＿?７?１４?９?．１８?１１?２２?１３?２６??图２．１部分单元、节点示意图??Ｆｉｇ?２．１?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｎｏｄｅ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ??（４）定义边界。本文模型为一三跨连续钢桁架梁桥，每跨长度相等，４个支座，则全??桥共８个约束，第１跨和第２跨间支座约束ｘ、ｙ、ｚ三个方向的位移，其余支座只约束ｚ??方向位移。??（５
市面上的商业有限元软件很多，比如ＡＮＳＹＳ等都具备成熟的有限元分析计算??功能。在此之中，Ｍｉｄａｓ软件作为一款商业有限元软件，更多的应用在工程设计方面，??而本文旨在提出一种与工程实用相关的优化方法，为此本文采用Ｍｉｄａｓ?Ｃｉｖｉｌ软件进行有??限元模型的对比，以及在后文中验证地震作用下优化前后的时程响应对比。并且Ｍｉｄａｓ??软件在地震作用下的响应计算上，具备己有的地震时程，为计算提供了便利，且计算速??度很快，可以充分满足本文研宄的需要。在Ｍｉｄａｓ软件建立原结构的有限元模型如图２．３。??图２．３?Ｍｉｄａｓ软件下全桥结构模型图??Ｆｉｇ?２．３?Ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎ?Ｍｉｄａｓ??在原有的ＭＡＴＬＡＢ模型基础上，与Ｍｉｄａｓ模型进行对比。分别在ＭＡＴＬＡＢ软件??建立的模型与Ｍｉｄａｓ软件下的模型的第一跨跨中施加相同的竖向单位力，通过比较两模??型各个节点的位移的方式进行验证，由于主桁结构两榀对称，全桥关于跨中对称，因此??选取前半跨第一榀主桁节点进行位移对比验证。选取节点竖向位移验证结果如表２．４。??计算比较ＭＡＴＬＡＢ模型与Ｍｉｄａｓ模型单位力作用下节点位移后发现，相对误差基??本都在１０％以内，因此可以认为ＭＡＴＬＡＢ模型与Ｍｉｄａｓ模型在承受静荷载作用时，位??移基本一致。因此证明ＭＡＴＬＡＢ模型与Ｍｉｄａｓ模型基本吻合，说明ＭＡＴＬＡＢ程序建??立的有限元模型是可靠的，可以使用在ＭＡＴＬＡＢ程序下建立的有限元模型，计算刚度、??质量矩阵，进行优化算法的运算。??２．?３刚度、质量矩阵缩减??由于本文研究有限元模型，节点数为１２０，单个节点自由度为３，添加约束条件后，?
本文编号：3225464
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