变截面构架式风力发电塔架GA优化

提出了一种新型风力发电塔架结构形式：构架式风力发电塔架,并根据遗传算法（GA）二进制编码方法,以实际工程为背景,编制了变截面构架式塔架Fortran优化模型程序,分别对塔架进行了截面尺寸优化、形状优化的计算和比较,最后利用有限元软件,采用自定义梁单元参数,建立了传统单管塔优化模型。计算结果表明,构架式风电塔架相对于单管塔架,具有较高的刚度和一阶自振频率,且该结构具有基础工程量小,方便运输,降低施工难度等优点。     

基于塔架智能主动调载技术的施工计算方法与应用

缆索吊装斜拉扣挂法悬拼过程中, 塔架会随着拱肋节段的起吊、运输、拼装过程产生较大位移, 从而影响拱肋线形和拼装精度, 甚至影响安全。塔架智能主动控制是近几年提出并初步应用的施工控制方法, 其核心内容是缆风初张力拟定和主动调载力计算。通过考虑缆索的几何非线性效应, 提出了索的初张力拟定方法; 结合影响矩阵法, 提出了主动控制力的计算方法。建立塔架有限元模型, 提取施工阶段影响矩阵, 计算各施工阶段所需调载力, 对比分析了调载效果, 并根据计算结果拟定了初张力和调载设备并应 用于平南三桥。实测结果表明, 采用该方法拟定的初张力方案和千斤顶行程, 能满足控制目标的要求, 有效地将塔顶偏位控制在25 mm 以内, 对采用智能主动控制的缆索吊装施工设计有一定的参考价值。     

新型桥塔自立状态动力特性分析

某独塔斜拉桥桥塔装有横撑和风缆,是一种新型桥塔,基于ANSYS软件对其自立状态下的整体动力特性和风缆动力特性进行了计算,并分析了它们的影响因素.结果表明,横撑和风缆增大了桥塔横桥向弯曲频率和扭转频率,而略微减小了顺桥向弯曲频率;风缆是否分段建模对桥塔低阶振型和频率没有影响,而对高阶振型和频率有影响;桥塔频率对风缆初张力不敏感;风缆频率对风缆初张力比较敏感,而且随着初张力的增大而逐渐增大,但频率增幅逐渐减小.     

减小三角形塔架风载扭振的设计方法

三角形塔架具有风阻小、自重轻、节省材料等优点,但其截面相对大多数风向不对称,因此当风向变化剧烈时,在结构上有垂直扭矩产生,使结构发生扭转变形与振动.分析了垂直扭矩的构成,认为是各杆件风载力对塔架垂轴力矩的迭加,按此分解得到各杆件力矩表达式并计算了它们在结构总垂直扭矩中的比率.结果表明,一般情况下塔柱力矩很小而横杆力矩很大.因此提出减小三角形塔架垂直扭振的设计措施应为,采用大直径塔柱与小直径腹杆匹配;增大塔节长度减少腹杆数目;在塔柱可视为连续且横向刚度足够时,可采用无维系横杆设计.     

对称与非对称塔架风载扭转力矩分析

转矩在塔架中引起扭转变形,电视、通信塔等要求方向性的塔架应对扭转变形进行控制.三角形塔架和四边形塔架是非对称及对称截面塔架的主要形式,风载在这两种塔架中产生的转矩是不同的.通过在塔架计算模型中建立"顺风坐标系"的方法简化了杆件风载力及对塔架形心轴转矩的计算(3维降为2维),由此考查了塔架一个层段的受风行为.分析表明四边形塔架诸杆件对形心轴转矩之和为零.以测取的风矢量样本为载荷对两种塔架的受风行为进行了计算,表明在三角形塔架中有转矩产生,该转矩随风况变化,而四边形塔架转矩值很小(10-3～10-4kN·m),与塔层空间及风况无关.     

新型桥塔自立状态动力特性分析

某独塔斜拉桥桥塔装有横撑和风缆,是一种新型桥塔,基于ANSYS软件对其自立状态下的整体动力特性和风缆动力特性进行了计算,并分析了它们的影响因素。结果表明,横撑和风缆增大了桥塔横桥向弯曲频率和扭转频率,而略微减小了顺桥向弯曲频率;风缆是否分段建模对桥塔低阶振型和频率没有影响,而对高阶振型和频率有影响;桥塔频率对风缆初张力不敏感;风缆频率对风缆初张力比较敏感,而且随着初张力的增大而逐渐增大,但频率增幅逐渐减小。     

减小三角形塔架风载扭振的设计方法

三角形塔架具有风阻小、自重轻、节省材料等优点,但其截面相对大多数风向不对称,因此当风向变化剧烈时,在结构上有垂直扭矩产生,使结构发生扭转变形与振动。分析了垂直扭矩的构成的认为是各杆件风载力对塔架垂轴力矩的迭加,按此分解得到各杆件力矩表达式关并计算了它们在结构总垂直扭矩中的比率。结果表明,一般情况下塔柱力矩很小而横杆力矩很大。因此提出减小三解形塔架垂直扭振的设计措施应为,采用大直径塔柱与小直径腹杆匹配;增大塔节长度减少腹杆数目;在塔柱可视为连续且横向刚度足够时,可采用无维系横杆设计。     

柔性索对空间索杆铰接式伸展臂性能影响分析

为了研究柔性索对空间索杆铰接式伸展臂力学特性及稳定性的影响,对伸展臂自平衡状态的受力情况进行分析,计算出满足伸展臂承载结构的最小索拉力设计值.计算表明,伸展臂展开驱动力矩随索拉力的增加而成比例增大;伸展臂的轴向拉伸刚度、剪切刚度和扭转刚度随着索的抗拉刚度增加而增大;静刚度实验表明索张力对静刚度几乎没有影响.仿真分析表明,增加斜拉索直径可以提高伸展臂的扭转振动频率,而斜拉索直径及张力对伸展臂的弯曲和轴向振动频率影响较小.对不同索张力的伸展臂桁架单元进行了动力学试验,验证了仿真分析的正确性.伸展臂铰接结构受力分析表明,增大索张力有利于提高伸展臂稳定性.     

对称与非对称塔架风载扭转力矩分析

转矩在塔架中引起扭转变形,电视、通信塔等要求方向性的塔架应对扭转变形进行控制。三角形塔架和四边形塔架是非对称及对称截面塔架的主要形式,风载在这两种塔架中产生的转矩是不同的。通过在塔架计算模型中建立“顺风坐标系”的方法简化了杆件风载力及对塔架形心轴转矩的计算(3维降为2维),由此考查了塔架一个层段的受风行为。分析表明四边形塔架诸杆件对形心轴转矩之和为零。以测取的风矢量样本为载荷对两种塔架的受风行为进行了计算,表明在三角形塔架中有转矩产生,该转矩随风况变化,而四边形塔架转矩值很小(10-3~10-4kN.m),与塔层空间及风况无关。     

索穹顶结构初始状态确定与成形过程分析

在研究索穹顶结构的零应力状态、施工初始几何状态基础上,着重分析了索穹顶结构的施工成形过程几何形状和单元内力变化规律,揭示索穹顶结构的初应力产生机理以及施工过程中体系的变化特征.由于索穹顶结构成形过程涉及机构运动和单元内力分析、机构位移和弹性变形耦合,采用常规的有限元方法不能求解,而非线性有限元力法是一种有效的计算方法.结果表明,在索穹顶结构成形过程中,从开始很长时间内所有单元内力均处于较低水平,此时结构是一种机构状态,节点位移主要是刚体位移.当所有索进入工作状态时结构的体系从机构转变为具有一个自应力模态的、可刚化的稳定体系,各单元的内力迅速增大.说明了索穹顶结构的成形过程,也是预应力生成的过程.     

索对斜拉拱桥横向静风稳定性的影响

应用有限元软件ANSYS对斜拉拱桥在静风荷载作用下的面外稳定问题进行研究,考虑不同索预张力、索塔高度、索距及拉索布置位置等参数下索对斜拉拱桥横向静风稳定性的影响.结果表明:拉索可以有效控制结构的面外失稳形式,斜拉拱桥具有较高的横向抗风稳定性能;增大索预张力、增高索塔及减小索距都能改善结构横向静风稳定性能,且塔高影响最显著,增高索塔甚至能使横向静风稳定性能提高近一倍;拉索布置位置对横向静风稳定性能有明显影响,且索面中心线宜位于拱肋四分点处.     

改进分层遗传算法在斜拉桥主梁损伤识别中的应用

标准遗传算法在解决像斜拉桥这类复杂结构的损伤识别问题时会出现提前收敛,即所谓“早熟”的现象。为了避免此现象的发生,提高损伤识别的效率与精度,提出一种基于改进分层遗传算法的斜拉桥主梁损伤识别方法。采用索力变化作为优化目标函数,将3种具有不同遗传算子的标准遗传算法与变量微调和灾变策略相结合,形成了一种具有灾变特性的分层遗传算法,以实验室独塔斜拉桥模型作为研究对象进行了数值仿真,结果表明：改进的分层遗传算法成功的避免了标准遗传算法“早熟”现象的发生,能快速有效的完成斜拉桥主梁各种损伤的识别;同时对此方法进行抗噪性分析发现,该方法具有良好的抗噪能力。     

基于MOPSO算法的斜拉桥索力优化分析

针对斜拉桥设计和监控计算中合理成桥状态和施工状态索力的确定问题,提出了一种基于MOPSO算法的斜拉桥索力优化方法。该方法在PSO算法的基础上通过增加外部储备集和优化更新策略来适应多目标、多约束的索力优化,较单目标优化方法仅有单一解的局限性,MOPSO算法考虑因素更全面,得到的Pareto最优解集可供决策者根据经验进一步筛选。采用Python编程语言,联合有限元软件编写基于该方法的优化程序,选取主塔、主梁的弯曲应变能之和,主塔成桥后在恒载作用下的纵桥向位移平方和作为目标函数,以施工过程及成桥后结构处于安全状态和索力总体分布均匀作为约束条件。工程算例优化结果表明,该方法能够快速搜寻到Pareto最优解集,并从中筛选出最优解,其结构应力处于安全范围,主塔线形合理,索力总体分布均匀。该方法可应用于斜拉桥成桥和施工阶段索力的确定及梁拱组合体系桥梁吊杆索力的确定。     

Determination of reasonable finished state of self-anchored suspension bridges

A systematic and generic procedure for the determination of the reasonable finished state of self-anchored suspension bridges is proposed, the realization of which is mainly through adjustment of the hanger tensions. The initial hanger tensions are first obtained through an iterative analysis by combining the girder-tower-only finite element(FE) model with the analytical program for shape finding of the spatial cable system. These initial hanger tensions, together with the corresponding cable coordinates and internal forces, are then included into the FE model of the total bridge system, the nonlinear analysis of which involves the optimization technique. Calculations are repeated until the optimization algorithm converges to the most optimal hanger tensions(i.e. the desired reasonable finished bridge state). The "temperature rigid arm" is introduced to offset the unavoidable initial deformations of the girder and tower, which are due to the huge axial forces originated from the main cable. Moreover, by changing the stiffness coefficient K in the girder-tower-only FE model, the stiffness proportion of the main girder, the tower or the cable subsystem in the whole structural system could be adjusted according to the design intentions. The effectiveness of the proposed method is examined and demonstrated by one simple tutorial example and one self-anchored suspension bridge.     

索网张力结构的张拉控制及多目标优化计算

为优化索网张力结构的分批张拉顺序,基于小生境遗传算法,提出一种以施工张拉过程最为平稳及施加的张拉控制力总和最小为目标的优化算法.该算法将每根索所在的张拉批次作为决策变量,采用实数编码方式以满足编码空间的非冗余性,通过目标函数罚中附加函数项的形式考虑约束条件.针对遗传算法自身存在的收敛性问题,在进化过程中采取了自适应遗传算子,引入了改进的最优个体保存策略.以一个索网张力结构施工分批张拉顺序的优化为例,验证了该优化算法的合理性.     

斜拉桥成桥索力优化研究

针对独塔混合梁斜拉桥的结构形式和受力特点,提出该类斜拉桥的索力优化目标函数和约束条件,并对其进行优化求解,进而确定合理的成桥索力。     

基于遗传算法的脊杆索穹顶优化设计

为了降低实际工程中索穹顶结构的造价,提出了一种基于遗传算法的优化设计方法,将预应力倍数和构件截面作为离散设计变量,在目标函数中考虑了结构的施工张拉程度.以Geiger和Levy两种索穹顶作为算例,得到了在多种荷载工况下满足结构应力和位移约束的索穹顶最小造价,并研究了预应力对优化结果的影响.将索穹顶的脊索替换为可受压的钢杆后,对改进方案——脊杆索穹顶进行了优化设计,并与原结构对比了结构造价和力学性能.结果表明:该方法能够高效准确地得到造价最小的索穹顶结构,各构件内力比较接近其极限设计状态;有必要在索穹顶的设计过程中考虑预应力分项系数和活荷载不均匀分布等因素,以满足结构稳定性和单根构件承载力的要求;采用钢杆替换脊索,使索穹顶结构的总造价稍有降低,并显著降低了结构挠度和支座反力.     

大跨径钢箱梁斜拉桥合理成桥索力的优化

依据影响矩阵调值原理,提出以结构整体弯矩最小为目标,关键节点的位移为约束条件的斜拉桥索力优化方法. 首先应用Midas/Civil 中“未知荷载系数”功能计算满足特定约束条件的最佳荷载系数, 并求出拉索初拉力. 然后将系数矩阵与弯矩信息导入Excel中,定义目标函数与约束条件,求出初步优化索力,最后将所得初步索力重新代入Midas/Civil模型中,进行局部微调得最终优化索力. 将此方法用于某斜拉桥方案分析,结果表明,优化前后,主梁弯矩减小36%,主塔弯矩减小70%,主梁竖向最大位移减小51%,主塔水平最大位移减小74%,且索力分布均匀,线形更为平顺.     

海管S型初始铺设仿真算法

为准确模拟初始铺管作业中管道和起始缆的形态,创建一个逼真的深水铺管起重船铺管作业虚拟训练环境.针对S型铺管作业中的初始铺管作业,以Euler-Bernoulli梁理论为基础,对初始铺管管道和缆索进行静态分析,建立几何非线性微分方程,且对管道与缆索微分方程边界条件难以确定导致方程无法求解的问题,提出一种基于微分求积法的迭代方法,该方法能够准确地实现边界条件的确立,从而完成微分方程的求解.仿真和实验分析不同作业状态下管道与缆索的形态与内力变化,结果证明了初始铺管整体算法的准确性.该方法提高了微分方程求解精度且计算量少,易于程序实现,可用于海上铺管作业方案的工程预演,可行性分析和优化作业方案等.     

基于温度循环迭代精确施加斜拉桥初始索力

为了准确施加斜拉桥的恒载初始索力,提出了一种基于ANSYS平台控制温度索力迭代施加的方法,从而精确施加斜拉桥初始成桥索力.以设计索力作为目标值,考虑斜拉桥几何非线性因素,初始索力以初始温度的形式施加到斜拉索上,运用APDL二次开发软件编制了斜拉桥成桥索力迭代计算程序,并将该程序应用于双塔双索面钢-混凝土叠合梁斜拉桥结构分析中.结果表明,桥塔两侧斜拉索的计算索力与目标索力误差均在5%以内,该初始索力迭代方法具有方便快捷和效率高的优点.