神经网络结合遗传算法在钢桁拱桥无应力合龙控制中的应用

发布时间：2020-08-14 14:58

【摘要】：拱桥一直是我国桥梁建设中历史最为悠久的一种桥型,随着拱桥向着长、大化方向的发展,在拱桥理论、设计、施工、运营等各个方面仍旧有许多亟待解决的问题。目前国内对钢桁架拱桥的研究较为缺乏,对于采用缆索吊装斜拉扣挂法施工的钢桁拱桥,索结构作为关键构件,其值的计算与优化研究还比较少。本文以在建的香溪长江大桥为研究背景,基于无应力合龙目标,开展了大跨度钢箱桁架拱桥施工控制的索力优化分析研究,主要内容有:1.为了使悬臂拼装钢桁架拱桥合龙后的线形与一次落架的裸拱线形一致,提出基于无应力状态法的线形控制方法,该方法的核心是控制拱肋节段的无应力拼装。明确合龙段无应力合龙的目标为控制预留合龙口的几何尺寸,使其满足合龙段的无应力长度和无应力曲率的要求,为达到该目标,对索力进行优化控制。基于拱桥普遍使用的缆索吊装斜拉扣挂法,对扣锚索索力的优化计算进行介绍,根据斜拉桥的索力优化经验,提出了拱桥施工中的扣锚索索力优化方法;2.以香溪长江大桥工程为背景,采用Midas civil建立主拱、扣塔与扣锚索的有限元模型,通过设置完整的施工步骤进行模拟分析,根据分析结果提取索力组和对应的结构响应变化值,通过BP神经网络训练建立两者之间的非线性关系,此函数关系的拟合功能用以实现遗传算法个体适应度的评价,通过神经网络结合遗传算法,运用目标函数将索力优化问题转变为极小值求解问题。这种优化方法根据MATLAB编制优化计算程序,该程序在给定期望合龙口位移偏差、扣塔偏位容许值等约束条件下,利用神经网络自动建立索力与合龙口位移之间的映射关系,最后通过遗传算法寻找满足合龙口期望位移值的最优索力值;3.将最优的索力值代入有限元模型中进行施工阶段仿真分析,得到合龙后的成拱线形,并将该线形与一次落架的裸拱线形进行对比,结果表明,采用本文优化方法得到的成拱线形与一次落架的裸拱线形非常吻合。这表明采用本文提出的索力优化方法合理有效,不仅为该桥的施工控制提供了科学的方法,而且为其他悬臂拼装桥梁的索力优化分析提供了借鉴;4.根据以无应力合龙为目标进行计算得出的索力优化结果,进行无应力索长的计算,实现施工过程中拱肋节段的无应力状态量不变,从而保证合龙后的拱肋在扣锚索拆除后的线形与一次落架裸拱线形达到一致。
【学位授予单位】：武汉轻工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.22
【图文】：

伊兹（Eads）桥

新河,美国,拱桥,钢桁架

的公铁两用钢桁架拱桥，采用了悬臂法架设施工。钢材在拱桥上成功应用之后，越来越多的刚拱桥如雨后彩虹般相继出现，1917 年，在美国纽约建成了钢拱桥发展历史上具有里程碑意义的地狱门（Hell gate）桥，在这半世纪的历史进程中，其主跨跨径相比伊兹桥增加近一倍，是世界上建成最早的大跨钢拱铁路桥[2]。在 1932 年，澳大利亚建成的悉尼湾大桥采用了与地狱门桥的一样的桥型，为中承式公铁两用桥，且其主跨达到了 503m，是国外大于 500m 的三座钢桁架拱桥之一。另外两座 500m 以上的钢桁架拱桥分别是 1931 年建成的美国贝永（Bayanne）桥（中承式拱桥，主跨为 504m）与 1977 年建成的新河谷（New River Gorge）桥（上承式钢桁架拱桥，主跨为 518.2m）。下面分别介绍这三座大跨钢桁架拱桥：新河谷桥（图 1.2）是目前为止国外最大的钢拱桥，它是 1977 年建成的上承式钢桁架拱桥，主跨 518.2m，桥宽 22m，桥面距离水面 267m，其引桥桥墩结构采用变截面的钢箱柱，箱型柱上小下大，具有较高的稳定性，新河谷桥桥面系梁为连续钢桁梁结构，抗风性能好，且桥梁结构形式纤细轻巧，犹如展翅的飞燕横亘于新河谷之上，其次，由于采用了耐候钢进行施工建设，新河谷桥无需养护。因此，新河谷桥也成了美国弗吉尼亚州的标志之一。

神经网络结合遗传算法在钢桁拱桥无应力合龙控制中的应用

贝永（Bayanne）桥

【参考文献】