多约束的桥梁结构拓扑优化

拓扑优化能够在给定边界条件下,给出结构合理的材料分布。基于SIMP的拓扑优化方法,提出一种连续结构的拓扑优化方法。在不同边界条件和多约束条件下,应用提出的方法对一拱桥和一桥的基座进行形态拓扑优化。优化结果表明该方法具有实用性、简洁性和有效性。     

某型搅拌车结构特性分析与拓扑优化

针对搅拌车在不同工况下常出现的后支撑台断裂故障,采用拓扑优化的方法对搅拌车后支撑台进行优化设计.以多工况变形能为目标函数,体积比为约束函数,通过变密度法进行结构拓扑优化设计,并根据拓扑优化结果提取出新的支撑后台结构.对拓扑优化后的结构在扭转工况下进行分析,结果表明该结构在扭转工况下的强度满足正常行驶需求,达到了拓扑优化目的.     

基于连续体结构拓扑优化的树状结构拓扑创构

针对概念设计阶段树状结构拓扑创构问题,提出了连续体结构拓扑优化方法。应用连续体结构拓扑优化法,建立体积约束下结构总应变能极小化（即结构总体刚度极大化）的拓扑优化模型,依据单约束优化问题的鞍点条件建立了优化迭代格式。研究了体积比、屋面结构刚度、屋面结构几何形式、设计空间高度等对树状结构拓扑形态的影响,并给出了具体应用算例。结果表明：随着材料用量的增加,树状结构拓扑随之复杂;随着屋面刚度的增加,树状结构分枝趋向于减少;不同的屋面结构几何形式会导致不同的树状结构拓扑形态;满足一定高度后,树状结构分枝形态不会受高度影响,仅是增加主树杆高度。     

ANSYS在结构拓扑优化设计中的应用

简要介绍了基于数值计算的结构拓扑优化方法及其不足,计算机辅助软件ANSYS的优化设计,便于模型多次修改直到最优为止。使得结构优化的速度和准确性大大提高,充分展现了该软件在拓扑优化中的强大功能,给出一些结构拓扑优化算例。     

改进的双向渐进结构拓扑优化方法

对渐进结构优化方法进行了介绍,阐述了双向渐进结构拓扑优化步骤,针对拓扑优化中的常见问题提出了相应的改进措施,给出了拓扑优化的性能评价指标,并结合工程实例验证了改进后方法的有效性,以得到满意的拓扑结果。     

拓扑优化技术在实现建筑与结构一体化设计中的应用

正双向渐进结构优化方法简介随着计算机技术的不断发展,结构形态优化技术的强大功能使其广泛运用在航天、机械、土木、材料等领域。结构形态优化的核心问题是在一定的边界条件和容积内通过调整结构参数和控制结构单元来得到最优的形状分布。一个拓扑优化结果的给出包括初始模型优化算法、形态优化和尺寸优化等多个步骤。随着大规模计算机和有限元技术的不断发展,结构拓扑优化技术已经能够解决     

有支撑钢框架离散型拓扑优化设计

为了研究离散型拓扑优化理论在实际工程中的应用,在遗传算法和渐进结构优化算法的基础上对有支撑钢框架的离散型拓扑优化设计进行了分析.通过引入拓扑变量并修改无效杆件的弹性模量,提出了一个能适用于桁架结构、刚架结构和桁架刚架混合结构的离散型拓扑优化问题统一数学列式.该统一数学列式能解决桁架拓扑优化问题中以截面面积作为设计变量而...     

装载机可更换三角形履带轮基架的拓扑优化设计

建立某50型装载机用可更换三角形履带轮基架的三维模型,利用有限元分析方法分析其极限工况下的强度与变形量,在此基础上开展拓扑优化并根据优化结果对基架结构进行轻量化二次设计.分析表明,优化后基架在极限工况下的最大应力降低了42.03%,最大变形量降低了4.1%,同时结构质量也降低了20.15%.拓扑优化可以帮助获得承载单元...     

基于单元编码的单层网壳结构拓扑优化方法

针对杆件规模较大的网壳结构的拓扑优化问题,提出了一种单元拓扑编码方法,不仅减少了优化变量,而且降低了机构体系出现几率,提高了优化效率.运用上述拓扑编码方法并结合改进萤火虫优化算法,对单层网壳结构进行拓扑优化分析,并与传统基于杆件编码的拓扑优化方法进行比较,验证了本方法的寻优效率和全局搜索能力.在此基础上,通过设置不同的荷载分布、优化目标和限制条件,获得了一系列形式新颖、受力高效合理、符合优化意图、满足约束条件的网壳拓扑形式,展现了本文方法的工程应用价值.     

基于小生境遗传算法的新型环形张拉整体结构拓扑优化

根据环形张拉整体结构的柔性结构特点与力学特性,以结构总质量最小为目标函数,节点连接杆件数、结构存在自平衡模态、构件不交叉、应力性质、位移限值为约束条件,结合共享函数小生境技术以及预选择机制,提出一种基于小生境遗传算法的新型环形张拉整体结构拓扑优化方法,并对跨度、单体数不同的2个环形张拉整体结构进行拓扑优化.算例结果表明,利用基于刚度矩阵的张拉整体结构找形方法可有效地对不同拓扑条件下的环形张拉整体结构进行自平衡态模态的求解及静力分析.采用共享函数小生境技术和预选择机制对遗传算法进行改进,可有效地提高传统遗传算法的可靠性、稳定性,提出的方法可用于新型环形张拉整体结构拓扑优化.     

基于受力性能优化的大型钢筋混凝土拱桥设计实践

结合包头市北梁腾空区外环路东河大桥工程设计实践,为优化桥体受力性能,有效提升上、下部结构经济合理性,对多跨不对称钢筋混凝土连拱桥主要设计要点进行研究。主要包括拱上建筑造型优化设计、拱轴线形式优化设计、拱脚构造优化设计、拱上建筑变形缝设计等拱桥构造优化设计和拱桥安全施工流程设计。为同类工程提供参考、借鉴。     

特大跨径钢管混凝土拱桥成桥荷载试验

为检验拱桥的受力状况和承载能力是否符合设计要求,对特大跨径钢管混凝土拱桥进行了成桥荷载试验。建立钢管混凝土拱桥的三维有限元模型,对桥梁在设计荷载作用下的结构变形和内力进行了验算。同时为考虑试验过程中温度对桥梁变形和应力的影响,对拱桥进行温度实时监测,获得温度变形和温度应力关系睦线,基于得到的温度修正曲线进行了桥梁在实际加载条件下的变形和应力修正。试验结果表明：桥梁的刚度满足设计要求。     

南太子湖拱形连续箱梁的施工控制

拱形连续箱梁设计新颖,结构复杂,施工监控难度大。该文以武汉南太子湖大桥为例,采用有限元方法建立了全桥仿真计算模型,系统研究了拱形连续箱梁桥的线形和应力控制技术。监测结果表明,桥面标高的最大偏差为14 mm,轴线偏差为6 mm;成桥时,最大压应力为7.02 MPa,各截面混凝土下缘没有出现拉应力。实测数据表明南太子湖大桥的成桥线形和成桥后各截面应力均满足设计规范要求。     

钢-UHPC组合桁式拱桥拱肋与腹杆节点性能试验研究

钢-UHPC组合桁式拱桥的提出,有望解决特大跨径拱桥造价高、难以施工等难题。对1000m钢-UHPC组合桁式拱桥拱肋与腹杆关键节点的受力性能进行了研究,计算表明,在荷载基本组合作用下节点拉、压杆的轴力均超过10000kN,为保证节点处钢和UHPC两种材料牢固结合,通过节点受力分析和优化研究,提出了一种带混合连接件钢接头的UHPC箱型拱肋与钢腹杆新型节点连接构造。对最不利受力的节点制作了1∶5缩尺模型,不考虑箱型拱肋底板和腹板对节点受力的贡献,开展了平面三向加载试验和抗拔试验。试验结果表明：平面三向加载试验中节点的破坏模式为UHPC拱肋一侧开裂,另一侧压溃,但节点连接保持完好;抗拔试验中节点的破坏模式为UHPC拱肋沿钢接头的轮廓剪切破坏;平面三向加载试验中,钢腹杆的极限荷载是设计荷载的2.72倍,且UHPC拱肋的名义开裂应力为13.36MPa,是设计应力的1.85倍,表明节点的承载能力和抗裂性能满足设计要求;钢接头与UHPC拱肋结合面的抗剪性能和抗拔性能满足正常使用极限状态和承载能力极限状态的要求。     

钢筋混凝土肋拱桥静动载试验与评估

以一座3跨100m上承式钢筋混凝土肋拱桥为例,对其进行了静动载试验和计算评估。静载试验中,测试并分析了主拱圈和桥面板控制截面的挠度和应力。动载试验中,测试并分析了该桥的自振特性以及行车激振下的冲击作用。根据实测拱轴线坐标,考虑温度、混凝土收缩徐变等因素,对3跨连拱进行仿真分析。比较分析试验和仿真计算结果表明:该桥在承载能力极限状态下,主拱圈拱脚附近截面承载能力不足,桥面板承载能力能满足设计要求;在正常使用极限状态下,主拱圈和桥面板具有足够的强度和刚度;结构整体受力处于弹性状态,具有良好的动力性能;静动载试验和仿真计算相结合的评估方法可以准确而全面地评定结构性能。     

The nonconventional thin-walled arch rib design and its numerical verification of a long span steel arch bridge

Arch bridges have been widely constructed in China owing to their versatile structural configurations and competitive costs. The concept of using high performance prestressed steel wires to withstand the huge horizontal thrust at arch ends has greatly encouraged the engineering practices of large span arch type bridges constructed on soft soil foundations where normally arch structure is an inappropriate selection. However, many technical challenges including the design details, structural behavior and construction method still need to be carefully investigated to ensure the bridge′s safety. As a new practice of such tied arch bridge with nonconventional thin-walled steel box rib and the longest span of this type in the world, this paper presents the innovative design concept and the corresponding studies in regard to its structural behavior compared with conventional single arch design, the shear lag effect of the thin-walled arch rib and its stress distribution via numerical analysis of different finite element models are also investigated. The results show that the current design can reach a very good structural behavior under design load cases, and moreover, provides another very useful engineering practice for long span arch bridge constructed on soft soil foundations.     

开口拱塔斜拉桥空间布置拉索优化设计

某跨高速公路斜拉桥主塔为空间弧形变截面结构,拉索采用带螺纹的套筒连接。为研究这种开口拱塔斜拉桥拉索的布置及设计,首先根据该桥的受力特点,选取索力、控制截面弯矩及塔顶横桥向位移为约束条件,以主梁、主塔的应变能最小为目标,建立二次规划模型;然后采用多约束条件下的最小能量法,在同样的目标下对不同布置形式的拉索进行成桥恒载索力优化;最后基于优化后的索力,对拉索的布置形式进行对比分析,选取优化后的布置形式进行了拉索的设计。分析结果表明:拉索不同布置形式下的塔顶横向位移相差不大;网状布置可以减小拉索的活载应力幅,节省材料用量;拉索设计需考虑螺纹连接处的应力集中现象。     

钢筋混凝土双曲拱桥检测及承载能力评估

钢筋混凝土双曲拱桥是中小跨径常用的拱桥形式.然而,由于其结构、设计和施工上的缺陷,双曲拱桥运营到现在出现了很多问题.以一座实桥为例,进行了病害调查、混凝土强度评定及结构检算,对现有桥梁状况进行了评估,判断了桥梁的承载能力,提出了加固建议,可供该类现有桥梁的维护使用和加固改造工作借鉴.     

双曲拱桥承载能力评估

钢筋混凝土双曲拱桥是中小跨径常用的拱桥形式。然而,由于其结构、设计和施工上的缺陷,一些老的双曲拱桥运营到现在已经出现很多问题。现以一座旧桥的静力荷载试验为例,对其进行结构检算,评估该桥的承载能力,以此作为该类现有桥梁维护和加固工作的参考。     

拱肋倾角对刚性系杆拱桥受力性能的影响

采用MIDAS/Civil软件系统,以某跨度为96m的刚性系杆拱桥为例,分两种工况研究了该桥在恒载和恒载+活载作用下拱肋倾角变化对该体系桥梁受力性能的影响。研究结果表明:拱肋倾角变化对其自身变形、应力等受力性能影响较大,对结构动力特性及稳定性影响也较大,对系梁影响相对较小;研究表明:在跨度100m左右的刚性系杆拱桥中,设计时的拱肋倾角取值与施工过程中拱肋倾角偏差值应该控制在-3°～2°。研究结果可为同类型的桥梁设计与施工提供参考。