维普资讯 http://www.cqvip.com ・２８６・ 第３３卷第１０期 ２ ０ ０ ７年４月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．１０ Ａｐｒ．２００７ 文章编号：１００９．６８２５（２００７）１０．０２８６．０２ 独塔混合梁斜拉桥成桥恒载索力优化研究 李孟然 高荣雄摘优化求解，进而确定合理的成桥索力，以满足工程实践的要求。 杨 涛 要：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 关键词：独塔混合梁斜拉桥，索力优化，目标函数，复合形法 中图分类号：Ｕ４４８．２７ 文献标识码：Ａ １独塔混合梁斜拉桥的特点 独塔混合梁斜拉桥的主梁沿梁长度方向由两种不同的材料 土梁。 于垂直状态，塔顶位移最小，混合梁接头处于弯矩较小的截面。 故提出以混合梁斜拉桥主梁和主塔最大位移最小为目标对索力 （１） 寻求合理的成桥索力。该目标函数可表达为： 组成，主跨梁体为钢梁，边跨（或伸入主跨一部分）的梁体为混凝 进行优化，ｍｉｎ｛ｍａｘ［ｆ（｛ｚ｝）］｝ 独塔混合梁斜拉桥的特点主要体现在以下几个方面…１： 其中，ｍａｘ［ｆ（｛ｚ｝）］为结构的最大变位值；｛ｚ｝＝（ｚｌ，ｚ２，…， 为斜拉索索力。 １）主跨采用钢梁，边跨采用混凝土梁，使得边跨主梁的重量 ｚ ）当结构最大变位达到最小时，梁和塔的应力和变形分布将趋 和刚度增加，由于混凝土梁具有良好的锚固和压重作用，减小了 主跨梁体的内力和变形，降低甚至消除了边跨端支点的负反力。 力大大提高，又使边跨不必做得过于强大。密边跨和沉重的混凝 于均匀。由于优化目标是针对变位，结果比较直观。 斜拉桥的索力在成桥状态及运营过程中，考虑到强度和疲劳 ２）边跨与主跨是一种锚固与被锚固的关系，这使主跨跨越能 ２．２．２约束条件 应索力的上下极限值。另外，还应混合梁接头处 土边跨提供的稳固支撑降低了活载引起的索力变化幅度，从而减 问题，的弯矩值，因此，索力的约束条件可表示为： 小了疲劳影响。 ３）主梁钢与混凝土的结合段是结构和材料特性的突变处，往 往是结构的薄弱部位。钢与混凝土结合主要依靠剪力键和张拉 预应力钢筋来传力，结合段的连接形式、长度、混凝土的填充量等 ＭＤＯ＋｛Ｐｏ｝｛ｘ｝＜ 一１ 都会影响结合段的刚度。 （ ＋｛Ｐｏ｝｛ｚ｝）＜ ｌ ｛ＰＤ｝＋［ＰＡ］｛ｚ｝≤｛Ｐｕ｝ Ｉ （｛尸Ｄ｝＋［尸Ａ］｛ｚ｝）≤一｛ＰＬ｝Ｊ 一… 、。 ２独塔混合梁斜拉桥成桥合理索力的确定 ２。１ 索力优化 其中，｛ｚ｝＝（ｚｌ，．２７２，…，ｚ ）１’为索力初始张拉力； 为索力 个数；［Ｐａ］为索力在各单位索力作用下的影响矩阵；｛Ｐｏ｝为在各 为索力在结构自 斜拉桥是由塔、索、梁三种基本构件组合而成的缆索承重组 单位索力作用下的主梁接头处的影响向量；｛ＰＤ｝ＭＤｏ为在结构自重作用下主梁接头 合体系结构 ２。在恒载作用下主梁的弯曲内力可通过斜拉索索 重作用下的效应组成的列阵；处的弯矩值；｛Ｐｕ｝，｛ＰＬ｝为指定的索力上下极限值；Ｍｕ，ＭＬ为 力来确定。 斜拉桥成桥恒载内力的分布及其大小是衡量设计优劣的重 指定的主梁接头处的弯矩上下极限值。要标准之一。合理的成桥受力状态可通过调整斜拉索的初张力 ２．３优化方法 进行索力优化时，结构分析采用有限元法，目标函数，（｛ｚ｝） 来获得。可见，斜拉桥的恒载索力对控制和调整结构的受力状况 且属于有简单约束的优化问题。为了得到合 至关重要，同时成桥索力的合理与否直接决定结构的安全度和可 无法写成显式形式，３的思想来对上述设定的目标函数 靠性。对于一座具体的斜拉桥而言，从理论上讲，选取一个合适 理成桥索力，将应用复合形法 对隐式 的优化目标，给出一定的约束条件之后，总可以找到一组最为合 进行优化计算。该方法适用于具有简单约束的优化问题，而且求极小点不需要，（｛ｚ｝）的导数，计算非常简单。 理的恒载索力，在这组索力作用下，结构的恒载内力分布更加均 约束也适用，匀、合理。 具体算法的基本过程是：假定在 维空间中有ｋ（复合形法 索力在斜拉桥中的重要性，促使许多学者对斜拉桥索力优化 中多面体顶点数范围 ＋１４ｋ≤２ｎ）个顶点数的多面体，不断地 方法进行研究。索力优化方法多种多样，可归结为指定受力状态 搜索和变换新的顶点，使目标函数值下降。具体算法是：首先设定顶点数ｋ，反射系数０ｔ和终止精度ｅ１， 最大迭代次数．厂；然后产生满足约束条件的ｋ个顶点，初始可 性支撑连续梁法、索量最小法、最小徐变准则法、索力优化的影响 ￡２，的索力优化、无约束条件的索力优化和有约束条件的优化。如刚 矩阵法等。 行点（ １）按下列方式产生： ２．２优化目标和约束条件的选取 ２．２。１ 优化目标 令 ｚ ’＝０ｔ ＋ｒ：』）（ｂ —ａ ）（ｉ＝１，２，…， ） （３） 其中，ｒｌ ）为［０，１］区间上均匀分布的随机数。并检查它是 若不能满足，则重新生成，直到可行。其余的顶 根据混合梁斜拉桥自身的特点，在恒载作用下，索塔尽量处 否满足约束条件，收稿日期：２００６．１１．１４ 作者简介：李盂然（１９８１．），男，华中科技大学土木工程与力学学院硕士研究生，湖北武汉４３００７４ 高荣雄（１９６９．），男，副教授，华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉４３００７４ 杨涛（１９８２．），男，华中科技大学土木工程与力学学院硕士研究生，湖北武汉４３００７４ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第１０期 ２ ０ ０ ７年４月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｌ０１．３３ Ｎｏ．１０ Ａｐｒ．２００７ ・２８７・ 文章编号：１００９。６８２５（２００７）１０—０２８７—０３ 膨胀土路基处理措施初探 高艳娥摘蒲翠玲 要：分析了高速公路膨胀土的一些物理力学性质，对膨胀土的判别方法进行了介绍，并对膨胀土路基的几种处理方 法进行了阐述，以达到防止膨胀土胀缩引起公路病害，保证膨胀土路基的正常安全使用的目的。 关键词：膨胀土路基，物理力学性质，湿度控制 中图分类号：Ｕ４１６．１６７ 膨胀土分布在我国江苏、安徽、湖北、广西、四川、河南等许多 文献标识码：Ａ 膨胀土按粘土矿物分类可以归纳为两大类：一类以蒙脱石为 另一类以伊利土和高岭土为主。蒙脱石粘土在含水量增加时 省份。随着我国高速公路建设的高速发展，由膨胀土修筑的路基 主；在交工运营之后，不同程度地发生路基下沉、沥青混凝土路面开 出现膨胀，而伊利土和高岭土则发生有限的膨胀，引起膨胀土发 分析概述如下。 裂、翻浆、边坡沉塌、滑坡等病害。受生成地质条件、水文及气候 生变化的条件，环境等因素的影响，膨胀土具有显著的胀缩性、崩解性、多裂隙 １．１含水量 性、风化特性和强度衰减性等一系列的特殊、复杂的物理力学性 膨胀土具有很高的膨胀潜势，这与它含水量的大小及变化有 质。文中通过对膨胀土的物理力学性质分析，提出了对膨胀土路 关。如果其含水量保持不变，则不会有体积变化。在工程施工 基病害治理措施。 中，建造在含水量保持不变的粘土上的构造物不会遭受由膨胀而 引起的破坏。当粘土的含水量发生变化，立即就会产生垂直和水 １膨胀土的物理力学性质分析 点按上式逐个随机生成并修正，若｛ｚ（ ’｝顶点为不可行，则让它向 的正数，仍有厂（｛ （ ’｝）≥厂（｛ （Ｈ）｝），说明反射失败。这时以次 前Ｊ一１个顶点的形心｛ ｝靠拢： 坏点｛ （ ）｝代替｛ （Ｈ’｝，按（７）式进行反射计算，并进行可行性和 ｛ （ｃ’ｉ＝ Ｊ二 ：｛ｚ（ｓ’｝ （４） （５） 下降性检验。倘若再次发生反射失败，则重新构筑初始复合形。 收敛检查：若函数值的标准偏差足够小，即： ｛ （ｊ ｝＝ （｛ （Ｊ）＋｛ｚ（ｃ’｝｝） ｛ｌ ｋ［ｆ（ （。 ）一ｆ（Ｉ （ ｝）］ ｝ ＜ｅｌ （８） 重复按（５）式计算，直至｛ （ 为可行点。 计算各顶点的目标函数值，找出函数值最大的最坏点 （Ｈ’和 最好点 （ 。求出除 （Ｈ）外其余顶点的形心｛ （ ）｝： 此时，则终止迭代计算，其中｛ｚ（０）｝是复合形ｋ个顶点的形 心。取各顶点中函数值最小的顶点为最优点，即可得到最优索 力。 ）ｉ＝ ［∑ ｝＿｛ ‘Ｈ ｝］ （６） ３结语 成桥恒载索力对斜拉桥结构内力分布和线形至关重要。以 检查｛ （ｃ ｝是否可行，若可行，则求出｛ （Ｈ）｝的反射点 ： ｛ （Ｒ ｝＝｛ ｃ｝＋口（｛ （ｃ）｝一｛ （Ｈ）｝） （７） 斜拉桥塔和梁的最大变位（塔的水平位移和梁的竖向挠度）最小 计算结果 其中，ａ开始时可取为１．３［ ；若否，则以｛ （ ）｝为下限， 为目标对索力进行优化是可行的，而且求解过程简单，满足工程实践的要求。 ｛ （ｃ）｝为上限，按（３）式重新构成初始顶点。 求出反射点｛ （Ｒ ｝后，需对它进行可行性检查，若｛ （ ）｝是 参考文献：可行点，则再进行下降性检验，否则将ａ缩小一倍，重新按（７）式 ［１］陈开利，余天庆，习 刚．混合梁斜拉桥的发展与展望［Ｊ］．桥 梁建设，２００５（２）：１－４． 计算反射点｛ （ ’｝，直至｛ （ ’｝为可行点。 ２］林元培．斜拉桥［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９４． 下降性检验：若，（｛ （ ｝）＜ｆ（｛ （脚｝），则以｛ （ ’｝代替 ［３］洪锦如．桥梁结构计算力学［Ｍ］．上海：同济大学出版社，１９９８． ｛ （Ｈ）｝，形成新的复合形，然后进行收敛检查；否则将ａ缩小一 ［４］高荣雄．混合梁斜拉桥施工控制技术研究［Ｄ］．武汉：武汉理工 倍，按（７）式重复计算｛ （ ｝点，直至，（｛ （ ’｝）＜，（｛ （Ｈ）｝），并 ［以｛ （ ｝代替｛ （Ｈ）｝。若口值经过多次收缩至口＜ｅ２，ｅ２为－－ｄ， 大学，２００５． Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｄｅａｄ ｌｏａｄ ｃａｂｌｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ ｔｏｗｅｒ ＬＩ Ｍｅｎｇ－ｒａｎ ＧＡＯ Ｒｏｎｇ－ｘｉｏｎｇ ＹＡＮＧ Ｔａｏ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔｙｌｅ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ ｔｏｗｅｒ，ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｎｄ ａｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｏｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｄｅａｄ ｌｏａｄ ｃａｂｌｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓａｗｓｆｙ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｇ ｐｒａｃｔｉｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｂｒｉｄ ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｇｅ，ｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｂｌｃｅｔｅｓｉｎｏｎ，ｏｂｉｅｃｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｃ￣ｎｐｌｅｘ ｍｅｔｈｏｄ 收稿日期：２００６ １１—０８ 作者简介：高艳娥（１９７６一），女，长安大学公路学院硕士研究生，陕西西安蒲翠玲（１９７９．），女，长安大学公路学院硕士研究生，陕西西安７１００６４ ７１００６４
