基于可靠度的劲性骨架混凝土拱桥转体施工优化研究

论文摘要

拱桥的转体施工方法与其他的施工方法相比较具有如下的优点：结构合理,受力明确,施工设备少,工艺简便,节约施工用材,施工安全,施工期短,造价低等等。因此转体施工方法在拱桥的施工中应用非常广发。水平转体施工核心是一方面要将结构的重心调整到磨心磨盖的公共垂线即转轴上来,另一方面是降低转体结构的重量降低其摩阻力。转体结构的重量不仅影响到转动结构体系时的摩阻力,而且还影响到磨心和磨盖强度要求。本文结合黄陵洞大桥工程,对转动体系的结构进行优化。这种结构优化是保证结构的安全性的基础上进行的,也就是基于可靠度的结构优化方法。随着电子计算机技术的快速发展,结构的优化计算方法也取得了很大的进步。本文对劲性骨架拱肋基于可靠度的结构优化,是通过有限元软件ANSYS来实现的。本文主要的研究内容如下：1、探讨了桥梁施工阶段的可靠度。分析了桥梁在施工阶段的作用荷载,以及结构构件的抗力影响因数,并提出了结构可靠度的公式。2、探讨了使用ANSYS对结构进行可靠度优化分析的基本原理,并在进行优化分析过程中,讨论了选择优化变量应注意的相关条件。3、利用ANSYS中的APDL参数建立了湖北长阳黄陵洞大桥箱形主拱圈的空间有限元模型。4、研究在桥梁施工阶段,劲性骨架结构的作用效应的参数,以及结构反应的参数和概率模型。5、本文给出了基于可靠度的ANSYS结构优化模型,并得出了优化结果。并对基于可靠度优化结果和确定性优化结果进行了分析比较,得出了基于可靠度的优化结果,保证了结构的安全性,适用性和经济性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 基于可靠度的结构优化设计发展状况
• 1.2 可靠度与随机有限元
• 1.3 本文研究的意义和内容
• 第2章 结构可靠度理论及优化方法
• 2.1 结构可靠度基本概念
• 2.1.1 结构可靠性与可靠度的基本概念
• 2.1.2 结构可靠度与极限状态
• 2.1.3 结构失效概率与可靠度指标
• 2.2 优化方法
• 2.2.1 无约束最优化方法
• 2.2.2 有约束最优化问题的直接法
• 第3章 桥梁结构施工阶段可靠度
• 3.1 桥梁结构上作用的概率模型
• 3.1.1 桥梁结构作用及作用效应
• 3.1.2 公路桥梁恒荷载
• 3.1.3 恒荷载作用代表值
• 3.2 桥梁结构构件的抗力
• 3.2.1 结构构件抗力概念
• 3.2.2 结构构件抗力统计分析
• 3.2.3 影响结构构件抗力不确定性因素
• 3.3 桥梁结构施工阶段可靠度
• 第4章 基于有限元的可靠度优化的实现
• 4.1 有限元ANSYS的特点、基本组成及优化设计相关概念
• 4.1.1 ANSYS的特点
• 4.1.2 ANSYS基本组成
• 4.1.3 优化设计中的相关概念
• 4.2 ANSYS参数化设计语言
• 4.3 ANSYS可靠度优化分析
• 4.3.1 可靠度优化问题的基本步骤
• 4.3.2 ANSYS优化的基本原理
• 4.3.3 ANSYS的优化方法
• 4.3.4 基于可靠度的ANSYS优化设计过程
• 4.4 选择优化变量的要点
• 4.4.1 选择设计变量
• 4.4.2 选择状态变量
• 4.4.3 选择目标函数
• 第5章 劲性骨架混凝土拱桥转体施工优化
• 5.1 水平转体施工方法
• 5.2 工程概况
• 5.3 基于ANSYS的拱桥转体部分受力分析
• 5.3.1 劲性骨架结构形式
• 5.3.2 劲性骨架结构有限元模型
• 5.3.3 张拉阶段悬臂部分变形
• 5.3.4 张拉阶段悬臂部分受力分析
• 5.4 转体体系悬臂部分结构优化
• 5.4.1 转动体系悬臂部分可靠度指标
• 5.4.2 目标可靠度指标
• 5.4.3 基于可靠度的转动体系悬臂部分结构优化模型
• 5.4.4 基于可靠度的悬臂部分结构优化结果
• 5.5 优化结果分析
• 第6章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目