基于改进鼠群优化算法的起重机主梁轻量化设计

为提高元启发式算法求解桥式起重机主梁优化问题的寻优精度与效率,文中提出一种改进的鼠群优化算法(IRSO)。该算法采用Hénon混沌随机反向学习初始化种群,提高算法的初始寻优性能;在追逐行为中,引入随机反向学习和高斯变异混合策略对鼠群进行逐维学习,增强算法的全局搜索能力;在搏斗行为中,采用翻筋斗搏斗搜索策略更新鼠群位置,增强算法的局部搜索能力;在算法中引入自适应余弦控制因子,实现算法控制参数之间的动态平衡,提高算法的整体寻优能力。仿真结果表明:与其他算法相比,IRSO算法寻优能力更优、收敛精度更高、稳定性和鲁棒性更强;同时,IRSO算法可高效地解决桥式起重机主梁轻量化设计问题,减重效果可达20.72%,具有较好的工程实际应用能力。

基于拓扑优化的SPMT驮梁支架轻量化设计

为解决用于跨线桥拆除的自行式模块化运输车(Self-propelled Modular Transporter, SPMT)驮梁支架结构冗余、重量偏大、制造及安装复杂等问题,依托京哈高速公路跨线桥拆除工程,在“16根标准节段钢管立柱+32道联结系杆”驮梁支架初步设计方案的基础上,以体积最小化为优化目标,利用Abaqus软件的拓扑优化模块开展驮梁支架轻量化设计研究,并对轻量化驮梁支架与初步设计的应力、位移及稳定性进行对比分析。结果表明:优化后的驮梁支架体积减少19.8%,支架联结系杆减少至12道,钢管立柱节段数量简化为2节段,节段长度提升至4 m,构件组拼联结接头数量减少约2/3,总重量较初步设计降低1.44 t;在最不利荷载工况下,驮梁支架优化前、后应力变化较小,最大位移差值在2 mm以内,且满足临界荷载系数大于4的稳定性要求。工程实践证明,轻量化驮梁支架力学性能满足要求,虽然安全系数小幅降低,但结构安全性与优化前基本一致;轻量化驮梁支架在施工现场组拼工作量及组拼时间均有所减少,经济效益显著。

斜拉桥双边箱轻型组合梁节段吊装精确匹配技术

丹江口水库特大桥为主跨760m的双边箱轻型组合梁斜拉桥。为提高建造效率、减少现场焊接,拟采用大吨位桥面起重机,实现16m大节段一次吊装。但大吨位起重机、大节段起吊带来巨大的集中荷载,导致新吊梁段与既有梁段之间存在变形差,无法正常匹配连接。为实现梁段精确匹配,采用ABAQUS建立了双边箱轻型组合梁精细化模型,模拟了主梁吊装、拉索张拉全过程,提出了体外预应力-分级张拉-梁重置换一体化双边箱轻型组合梁纠偏技术体系,有效减小了主梁新、旧梁段变形差,提高了装配精度。分析和实测结果表明,该一体化技术可有效减小吊装过程中的新、旧梁段变形差,提高了斜拉桥双边箱轻型组合梁施工效率和精度。

城市公园景观桥梁设计研究——以深圳市乐清公园为例

近年来,我国已建设大量城市公园景观桥梁,既增强了市民的公园空间感知体验,又提升了城市的幸福指数。但是,景观桥梁设计仍存在质量参差不齐甚至不符合设计规范的现象,因此研究景观桥梁系统化设计很有必要。文章首先梳理了我国已建景观桥梁存在的问题,分析了设计的不足,然后以深圳市乐清公园景观桥梁为例,研究了景观桥梁的设计原则、总体布置、桥型比选、主梁设计等,并给出了类似公园景观桥梁设计的合理化建议,可为类似工程提供参考。

桥式起重机轻量化主梁结构模型试验研究

针对桥式起重机主梁的轻量化设计方案对主梁强度、静态刚度的影响问题,基于相似理论和弹性静力学,采用方程分析法推导出原型主梁与相似主梁应力场相似的相似准则。依据主梁结构形式及受力特点,设计切实可行的主梁结构模型试验方案,开展轻量化主梁结构模型试验研究。结果表明,轻量化主梁在跨中截面腹板下半部分的弯曲正应力有一定程度的增加,腹板上半部分的弯曲正应力(绝对值)有小幅度下降;轻量化主梁在跨端截面的切应力增加幅度较大;轻量化主梁的最大挠度有所下降。依据《起重机设计规范》对轻量化主梁进行强度和静态刚度校核。在满足主梁强度、静态刚度要求的前提下,周期性去除腹板上的部分材料实现主梁轻量化设计具有一定的可行性。

蒙皮结构的起重机主梁轻量化研究

借鉴飞机与轻钢结构房屋屋面中的蒙皮结构,提出一种基于蒙皮效应的新型门式起重机结构。起重机蒙皮结构是在空间构架的纵、横肋上蒙上一层金属板,形成共同作用体系,蒙皮可承受面内拉、压和剪应力,它相当于连续分布的支撑,起到空间受力的效果。以常用箱型结构起重机主梁和蒙皮结构箱型起重机主梁为例,运用有限元分析软件ANSYS对两种不同形式的主梁结构性能进行分析,得出结论,从而为起重机主梁结构轻量化研究提供理论依据和数据支持。

无粘结部分预应力轻骨料混凝土大跨度双室箱梁的试验研究

通过大尺寸试件的试验 ,对大跨高比箱梁在沿全跨分布的多点集中荷载下的强度、变形、裂缝及恢复特性进行研究 ,并对其工程应用提出分析和建议。

双梁桥式起重机箱型主梁轻量化设计探讨

以20 t/22.5 m双梁桥式起重机箱型主梁为典型规格,对其采用矩形正轨梁、矩形偏轨梁、正梯形偏轨梁等不同截面形状,利用MATLAB优化工具分别进行轻量化设计,提出了箱型主梁截面形式确定原则和系列化规格箱型主梁轻量化设计方法。

大跨径PC小箱梁桥合理施工顺序及抗裂措施

针对大跨径预应力混凝土小箱梁桥合理施工顺序和负弯矩区抗裂措施问题,通过采用有限元分析和轻质超高性能混凝土(LUHPC)材料应用,研究了梁端现浇混凝土、负弯矩区预应力束张拉及临时支座拆除施工顺序对桥梁结构受力的影响,提出了运用LUHPC代替负弯矩区主梁顶板与现浇段材料的抗裂措施.结果表明:合理施工顺序为“梁端混凝土一次浇筑,由中间至两边对称张拉负弯矩区预应力束”“由中间至两边对称拆除临时支座”;在最不利荷载组合作用下,负弯矩区取消预应力束,其小箱梁顶板最大拉应力为6.46 MPa,小于LUHPC的劈裂抗拉强度14.1 MPa,满足抗裂要求.

钢简支梁的新型桥面连续结构抗弯性能试验研究

简支梁桥桥面伸缩缝多,导致行车不舒适,因而多跨简支梁采取桥面连续的措施被广泛应用。海南铺前跨海大桥引桥跨越地震带,为提高行车舒适性,同时达到强震下保护钢梁梁体的目的,文章提出受力性能优良、易修复的钢-STC(super toughness concrete,简称STC)轻型组合简支变桥面连续结构。为探明该简支梁的新型桥面连续结构的抗弯性能,设计两种方案,并对两种方案分别开展负弯矩区足尺模型试验。结果表明,方案2的裂缝开展集中在螺栓连接带区域,而方案1螺栓带STC基本无裂缝发展。从破坏模式看,方案1为U肋受压屈服,螺栓未剪断;方案2为螺栓剪断,U肋未屈服,这意味着在强震下简支变桥面连续结构可保护钢箱梁主体结构。通过有限元软件对试验进行仿真模拟,计算结果与试验结果吻合良好。在此基础上,对两种桥面连续结构方案进行实桥有限元计算,结果表明,两种方案均能满足正常使用极限状态的使用要求,但方案2中STC层的抗裂安全系数(21.4MPa/19.7MPa=1.09)高于方案1(22.4MPa/22.0MPa=1.02)。通过计算两个方案的设计弯矩,并与试验得到的极限抗弯承载力比较,方案1和方案2的承载力系数分别为1.1和1.8,方案2高于方案1。同时计算得到两个方案的转角刚度基本持平,均高于原简支梁设计方案。综合试验结果和计算结果,方案2优于方案1,目前该方案已应用于海南铺前跨海大桥的引桥工程中。

基于拓扑优化的桥式起重机新型主梁设计

应用基于单元应力的渐进结构优化方法对某型号桥式起重机主梁截面进行拓扑优化,得到了矩形截面的桥式起重机主梁结构形式,随后采用变密度法(SIMP)对该主梁形式下的主、副腹板进行拓扑优化,根据拓扑优化结果,新型主梁主腹板仍然采用实腹结构,而副腹板则以桁架结构形式代替原有实腹结构形式,有限元计算结果证明,该结构形式在保证主梁结构强度、刚度条件下,可以大幅度减轻主梁重量。该新型主梁的设计方案为桥式起重机主梁轻量化设计提供了一种新思路。

含小型粗骨料UHPC板抗弯性能研究

研制新型的含小型粗骨料UHPC板,提升传统大跨径组合梁斜拉桥普通混凝土桥面板的抗弯性能。通过对含小型粗骨料UHPC进行基本材料性能研究,以及对含小型粗骨料UHPC板试件进行抗弯试验,材性试验探究含小型粗骨料UHPC材料的本构关系、弹性模量和终凝后的干燥自收缩等,发现在UHPC中添加小型粗骨料后,UHPC在抗压性能方面得到提高,减小终凝后的干燥自收缩,但会降低一定的抗弯拉强度和韧性;含小型粗骨料UHPC板试件的抗弯试验探究了试件的荷载-挠度关系与弯矩-最大裂缝宽度关系。发现UHPC板试件具有较高的开裂强度,结构破坏呈现出多裂缝发展。抗弯试验、有限元分析和承载力公式计算结果表明:含小型粗骨料UHPC板具有较好的抗弯、抗裂性能,但计算承载能力时应充分考虑添加小型粗骨料后对结构拉伸性能降低的影响。

基于DOE和狼群算法的桥起主梁轻量化研究

通过对起重机传统优化设计方法的学习和深入研究得知,传统优化方法优化效果不明显、优化目标单一且运算效率低等缺陷,为了提升优化效果深入了解并学习DOE分析方法和狼群算法。提取主梁多个重要参数利用DOE分析合理安排实验提取出对主梁性能和质量灵敏度影响较大的主要参数,同时提高算法精度和局部寻优能力将自适应步长和Metropolis接受准则引入到基本狼群算法中,形成了改进狼群算法并应用其进行寻优得到最佳数据组合,。将改进的狼群算法于16T桥起的主梁中进行优化,在满足生活实际的前提下,使其实现轻量化。并运用有限元分析法对进行实例验证,通过验证优化前后主梁力学性能,得出优化后的主梁符合要求,对实际工程结构的设计有指导意义。

装配式钢-UHPC轻型组合梁设计和整体受力分析

以首次采用钢-UHPC组合梁方案的惠清高速公路麻埔停车区跨线桥工程为依托工程,介绍了依托工程的设计和施工要点以及技术先进性和经济性。同时,通过Midas软件建立了钢-UHPC轻型组合梁全桥模型,计算分析了该桥的内力及应力特性,并对承载能力极限状态下的抗弯承载力、抗剪承载力及稳定性和正常使用状态下的应力、变形及裂缝宽度进行了验算。

基于ANSYS的单梁桥式起重机的结构轻量化研究

通过对国内外起重机的自重进行比较,发现我国桥机存在安全系数选用过大、结构笨重、材料浪费严重、主梁的强度和刚度存在较大的富裕量等问题,利用有限元分析软件ANSYS中的Design explorer快速优化工具对某单梁桥式起重机进行了结构轻量化研究,选取横梁的截面相应尺寸作为输入参数,应力、应变最大值和质量的最小值为输出参数,通过参数优化,对比优化前后横梁的强度、刚度和模态分析结果,给出了轻量化的方案。

钢箱梁桥面铺装优化设计

本文结合国内外大跨径钢箱梁桥面铺装的常用方案及其使用效果,提出传统铺装方案存在的主要问题。利用三阶段力学分析方法研究活载作用下钢箱梁桥面铺装的应力分布特点,提出钢箱梁桥面铺装的控制应力,分析控制应力随钢桥面板厚度、铺装层厚度等因素的变化规律。结合工程实例武汉市黄浦大街—金桥大道快速通道工程L32联大跨连续钢箱梁,提出了新型的钢箱梁桥面铺装方案:采用轻质高韧混凝土作为刚性下面层的铺装方案。该方案主要特点有:以轻质高韧混凝土代替沥青混凝土为铺装层下面层,在钢桥面板焊接剪力件,设置集防水、粘结、应力吸收功能于一体的高粘高弹改性沥青功能过渡层。利用局部模型对该方案进行受力性能分析,结合室内试验结果,表明本方案理论上可行。

改进狼群算法在桥起主梁优化中的应用

通过对狼群算法的学习和深入了解得知,传统优化方法的优化效果不明显,优化目标单一且运算效率低,而狼群算法对多目标、高维函数求解效果明显。但算法在极值点区域存在震荡现象,容易陷入局部搜索。因此将自适应惯性权重、自适应步长以及自适应视野引入到基本狼群算法中,形成了改进狼群算法。将改进的算法应用于桥起主梁中进行优化,在满足安全生产的前提下,使其达到减重的效果,并应用ANSYS进行力学分析,实例检验了改进算法的可行性,得出优化后的主梁截面积减少12.1%,对实际工程结构的设计有指导意义。

基于LSTBSVM与蝙蝠算法的桥式起重机主梁的轻量化研究

用最小二乘法的孪生有界支持向量机分析出桥式起重机主梁截面各参数相对于主梁质量的灵敏度,筛选出灵敏度最大的6个参数,运用改进的蝙蝠算法以主梁质量为目标函数对其进行分析计算,结果显示,优化后的桥式起重机主梁的质量减少了13.8%。通过ANSYS软件对优化后的桥式起重机主梁进行有限元分析,结果证明了该方法的可靠性。

鳊鱼洲长江大桥南汊航道桥主梁施工关键技术

新建京港澳高铁安九段鳊鱼洲长江大桥南汊航道桥为主跨672 m双塔双索面钢-混混合梁交叉索斜拉桥,主跨及辅助跨主梁采用钢箱梁,标准节段长18 m,重约510 t,锚跨主梁采用预应力混凝土箱梁,重约200 t/m。根据该桥结构特点及水文地质条件,主梁采用现浇支架+多点顶推+单悬臂+双悬臂等混合方案施工。锚跨预应力混凝土箱梁采用“钻孔桩+钢管立柱+贝雷梁(大桥Ⅰ号桁梁)”支架现浇方案施工。九江侧钢梁采用单悬臂+多点顶推施工技术,边跨钢梁、合龙段与结合段同步顶推,省略了九江侧边跨合龙工序;在结合段钢梁与锚跨预应力混凝土梁之间设置锁定结构,保证了结合段施工质量。黄梅侧钢梁采用轻型墩旁托架+双悬臂+单悬臂施工技术,4号墩墩顶三节段采用轻型托架滑移施工,结合段采用浮吊整体吊装,定位后浇筑结合段混凝土,预应力张拉后进行边跨合龙;黄梅侧边跨和中跨合龙段均采用主动合龙,先边跨合龙后中跨合龙。

面向主梁轻量化的改进连续域蚁群算法研究

在ACOR算法框架的基础上总结出了连续域基本蚁群算法,但这种算法存在局部探索能力差、稳定性欠佳、约束处理不足等问题,故对连续域基本蚁群算法进行了如下改进:引入了伪随机比例规则改进种子解的选取方法,对信息素分布中心进行适当的随机扰动,对信息素分布的标准差进行改造,使用DCPM方法处理约束条件。以起重机主梁轻量化为例对改进前后的连续域基本蚁群算法及遗传算法(GA)进行算法性能对比,结果显示,改进后的连续域基本蚁群算法优于其他两种算法,运用其解决优化问题具有较高的可靠性。