基于Kriging-ISOA的大跨度RC拱桥施工阶段扣索索力优化研究.pdf
《基于Kriging-ISOA的大跨度RC拱桥施工阶段扣索索力优化研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于Kriging-ISOA的大跨度RC拱桥施工阶段扣索索力优化研究.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷,第 期年 月公路工程 ,:收稿日期 基金项目国家自然科学基金项目();湖南省交通科技项目()作者简介付慧建(),男,湖南宁乡人,高级工程师,研究方向:土木工程施工技术。引文格式付慧建,邓超骞,孙傲等 基于 的大跨度 拱桥施工阶段扣索索力优化研究 公路工程,():,():基于 的大跨度 拱桥施工阶段扣索索力优化研究付慧建,邓超骞,孙傲,彭文平,(湖南 路 桥 建 设 集 团 有 限 责 任 公 司,湖 南 长 沙 ;湖 南 高 速 公 路 集 团 有 限 公 司,湖 南 长 沙 ;湖南文理学院 土木建筑工程学院,湖南 常德 ;长沙理工大学 土木工程学院,湖南 长沙 )摘要针对大跨度悬臂浇
2、筑钢筋混凝土拱桥一次成桥的扣索力优化问题,提出了一种 模型与 算法的联合求解优化方法。首先基于 有限元模型和 模型基本理论建立了大跨度钢筋混凝土拱桥扣索索力 弯曲应变能响应的非线性映射代理模型,其次融合 混沌映射、非线性收敛和高斯变异策略对标准海鸥优化算法进行改进,使其适应高维的索力优化问题,最后设计了联合 的大跨度拱桥索力优化流程,以某主跨为 的钢筋混凝土拱桥为背景,验证了优化方法的可行性。结果表明:基于 理论建立的大跨度拱桥代理模型预测值和真实值的复相关系数为 ;算法对单峰测试函数和多峰测试函数均有更高的收敛精度和速度,且对大跨度拱桥的索力优化问题具有良好的适应性;基于 索力优化后的拱桥主
3、拱圈截面弯矩最大降幅为 ,截面轴力最大降幅为 ,挠度最大降幅为 ,证明了优化方法合理性。关键词钢筋混凝土拱桥;悬臂浇筑;模型;改进海鸥算法;索力优化 中图分类号 文献标志码 文章编号 (),(,;,;,;,),第 期付慧建,等:基于 的大跨度 拱桥施工阶段扣索索力优化研究 ,;,;,;引言随着我国桥梁建设领域的不断发展和进步,大跨度钢筋混凝土拱桥开始逐步建设于我国高山峡谷之上,大跨度钢筋混凝土拱桥一般采用斜拉扣挂法进行悬臂浇筑施工,对扣锚索力的调整可以有效改变拱桥的受力特性和成拱线形,故大跨度拱桥悬臂浇筑时的索力优化问题近年来成为了各专家学者研究的热点 。大跨度悬臂浇筑拱桥的索力优化问题与斜拉
4、桥的索力优化问题有其共通性,故索力优化的方法也较为相似。目前常采用的索力优化方法大致有几种,如通过建立影响矩阵对索力进行调整优化或基于新型智能算法对建立的索力优化目标进行寻优求解。高婧等 基于影响矩阵对多跨系杆拱桥索力的不同张拉方案进行分析,得到了确保受力最优的索力优化方案;王占飞等 以影响矩阵为基础,提出了矮塔斜拉桥的索力二次优化方法,使桥梁成桥状态更接近理想状态;杨雅勋等 通过改进的粒子群算法对系杆拱桥的调索路线和大小进行了优化求解,证明了改进粒子群算法在索力优化问题中的高效性和可行性;曹检云等 针对大跨度悬臂浇筑钢筋混凝土拱桥的索力优化问题提出了一种基于多目标粒子群算法的优化方法,联合
5、计算模型实现了有限元和智能算法的联合寻优求解,达到了对主拱圈线形的控制效果;胡常福等 以某 跨径的新型索拱桥为背景,提出了基于均匀设计响应面和牛顿迭代的索力优化方法,有效提升了优化问题的求解效率。此外,还有一些其他专家学者提出了一些类似的索力优化方法 。结合以上相关研究可知,无论是传统索力优化方法还是结合新型智能算法的索力优化方法,其最佳索力组合的确定都比较依赖于有限元模型的不断迭代计算,虽然计算精度很高,但其局限性在于大型桥梁工程的有限元模型计算量较大,使得优化问题求解的时间成本较高。基于此,本文提出一种基于 代理模型和改进海鸥优化算法的大跨度悬臂浇筑钢筋混凝土拱桥索力优化方法,通过拟合 模
6、型达到对大跨度拱桥索力 响应映射关系的高效推演,结合改进的海鸥优化算法解决高维非线性的索力优化问题,研究理论可为类似大跨度拱桥或斜拉桥的索力优化研究提供一定的借鉴和参考。工程概况和有限元模型某大跨度悬臂浇筑钢筋混凝土拱桥设计荷载等级为公路 级,主跨跨径 ,净矢高 ,上部结构为钢筋混凝土箱型拱,箱型截面宽 、高 ,拱轴线为悬链线,拱轴系数 。主拱圈为悬臂浇筑工艺建造,纵向分为 个节段,其中两岸拱脚 节段和拱顶合龙段分别为支架现浇和吊架现浇,其余各节段均为悬浇,吊篮法悬臂浇筑后采用钢绞线斜拉扣挂,基本施工流程为:支架现浇节段混凝土强度达到设计强度 后张拉对应 、扣索与其对应锚索,拆除支架后安装挂篮
7、进行 节段悬臂浇筑,达到预定强度后张拉对应 、扣锚索,重复此悬浇过程,最后拱顶合龙现浇,松扣成拱。全桥立面图、斜拉扣挂系统布置如图 所示。采用有限元软件建立全桥的数值仿真模型,主梁拱圈和钢结构扣塔采用 梁单元模拟,混凝土拱座采用 实体单元模拟,斜拉索采用 三维仅受拉杆单元模拟,扣索与扣塔锚箱之间采用固端约束处理,横隔板和挂篮荷载通过公路工程 卷图 斜拉扣索施工布置图 施加节点荷载 的方式处理,扣索 单元 和 主梁 单 元间 采用多 点 约 束 单 元 进行模拟,拱座混凝土底面采用面约束固结,采用结构化分网和扫掠分网技术对全桥各构件进行网格划分,全桥有限元模型如图 所示。图 有限元模型 模型建立
8、本文基于有限元模型输入变量和响应变量的基础数据生成样本点,通过 模型建立大跨度斜拉桥的代理预测模型。模型 是一种通过建立已知试验点信息和未知试验点信息间的相对联系的无偏估计模型,最早由工程师 提出,后经众多数学家和物理学家改进,形成了基于计算机仿真的 模型分析方法,其基本原理如下:假定 为长度为 的向量,为对应 向量的函数值,标记给定的数据集,其对应目标函数值设为,数据服从均值为,方差为 的正态分布。设待预测点为(),则有:()()()式中:为响应量加权系数矩阵。为确定 代理模型响应量权重矩阵的取值,根据统计学特征将未知函数表征为一随机过程 ,引入回归基函数()(),(),()和回归系数,式(
9、)可转化为如下形式:()()()()(),()(,)()(,)(,)()式中:()为均值为 ,方差为 的随机分布误差,其值如式()所示在空间中呈现出一定的相关性;(,)为空间相关性函数;为待定模型参数;为两样本点、之间的 维距离。假设 个样本点和响应点组成的相关矩阵为,则预测点和样本点间的相关矩阵和系数矩阵分别如式()、式()所示:(,)(,)(,)(,)()()(,),(,),(,)()令代理模型预测值为 (),真实值为(),此时,代理模型预测值和真实值之间的误差如式()所示:()()()()()为满足 模型的无偏估计条件,代理模型预测值与真实值误差的数学期望设为 :()()()则联合式()
10、、式()可得:()()引入拉格朗日乘子对加权系数 进行求解可得:()()()()()()将式()代入式(),可得()的方差为:()()()由于 与 相关,将式()转化为式()所示的非线性无约束优化问题,求取 即可完成 代理模型的建立:()()第 期付慧建,等:基于 的大跨度 拱桥施工阶段扣索索力优化研究 基于 的索力优化模型 标准海鸥优化算法海鸥优化算法是一种基于海鸥种群迁徙、觅食等生物学行为的智能群体优化算法,最早由 提出,随后各专家学者对其进行了改进和优化。海鸥优化算法的进化原理分为全局开发和局部搜索两个过程,海鸥种群通过迁徙行为完成全局开发策略。假设搜索空间中海鸥个体的当前位置为(),为
11、避免海鸥在迁徙过程中发生位置碰撞,通过引入附加变量 的形式对海鸥位置进行更新,如式()所示:()()()()()式中:()为海鸥个体的新位置;为附加变量常数;为算法当前迭代次数;为算法设置的最大迭代次数。海鸥种群通过适应度确定自身在搜索空间中的位置优劣,种群整体朝适应度更高的个体方向迁移,海鸥个体的迁移方向可表示为:()()()(),()式中:()为当前个体与最优个体的相对方向;为关于 的随机变量;()为第 次迭代时种群适应度最高的个体位置;,为 ,上服从均匀分布的随机数。确定好进化方向后,海鸥个体需要重新计算自己与最优个体间的相对位置,令()为新的海鸥个体 与 新 的 最 优 个 体 间 的
12、 相 对 位 置,则 根 据 式()、式()有:()()()()伴随着全局开发过程,海鸥种群在迁徙过程中将会以螺旋形的攻击方式完成局部搜索行为,在搜索空间中以笛卡尔坐标系可将此过程表示为:()()()式中:为螺旋飞行的半径;为攻击角度;、为飞行常数。根据式()、式(),可最终推导海鸥优化算法的进化过程为:()()()()融合 混沌映射和高斯变异的海鸥算法标准海鸥优化算法采用随机分布的初始化种群策略,但随机化策略存在较大的不确定性,且无法有效保证种群的多样性,本文引入改进的 混沌映射策略 对随 机生成的 海鸥 种 群 进 行 二 次 映射 ,改进 的映射公式如式()所示:,()式中:为海鸥种群数
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 Kriging ISOA 跨度 RC 拱桥 施工 阶段 索索 优化 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。