一种自动化计算异形斜拉桥的初索力的方法技术

本发明专利技术公开了一种自动化计算异形斜拉桥的初索力的方法，属于桥梁工程领域。步根据工程图纸建立异形斜拉桥的有限元模型；获取计算索力对主梁和主塔的影响矩阵；以成桥索力设计值作为目标成桥索力，以最小化成桥索力设计值与成桥索力计算值的差值为目标，结合影响矩阵建立目标函数，确定约束条件；建立异形斜拉桥的索力优化模型；通过索力优化模型计算异形斜拉桥中各斜拉索的初索力。本发明专利技术结合影响矩阵原理和粒子群算法建立异形斜拉桥的索力优化模型，实现异形斜拉桥初索力的自动化求解，避免了繁琐的人工试算和迭代过程，求解更加便捷快速，是一种高效的求解异形斜拉桥初索力的方法。法。法。

【技术实现步骤摘要】
一种自动化计算异形斜拉桥的初索力的方法


[0001]本专利技术属于桥梁工程
，具体是一种自动化计算异形斜拉桥的初索力的方法。

技术介绍

[0002]斜拉桥是一种高次静定组合结构体系，具有较大的跨越能力和抗风性能等优点；随着斜拉桥理论的发展和社会的发展，人们对斜拉桥也有了美观的需求，各种造型优美的异形斜拉桥相继涌现。
[0003]确定合理的斜拉桥成桥索力之后，需要获取符合条件的初索力建立成桥模型，完成施工阶段的倒拆分析和施工索力监测。传统的初始索力获取方法主要是迭代法，通过多次迭代计算不断逼近目标，此方法需要手动进行多次试算和迭代，过程繁琐。
[0004]异形斜拉桥的受力结构相比于普通的斜拉桥更加复杂，迭代获取初拉力的过程也更加复杂和繁琐。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种自动化计算异形斜拉桥的初索力的方法，能够在已知成桥索力设计值的情况下自动化计算异形斜拉桥的初索力。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种自动化计算异形斜拉桥的初索力的方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：根据工程图纸建立异形斜拉桥的有限元模型；
[0009]步骤2，获取计算索力对主梁和主塔的影响矩阵；
[0010]步骤3，以成桥索力设计值作为目标成桥索力，以最小化成桥索力设计值与成桥索力计算值的差值为目标，结合影响矩阵建立目标函数，确定约束条件；
[0011]步骤4，建立异形斜拉桥的索力优化模型；
[0012]步骤5，通过索力优化模型计算异形斜拉桥中各斜拉索的初索力。
[0013]进一步地，所述的影响矩阵包括斜拉索初索力对最终成桥索力影响矩阵、斜拉索初索力对主梁弯矩和主梁位移的影响矩阵、只施加恒载时，异形斜拉桥的成桥索力、主梁弯矩和主梁位移矩阵。
[0014]进一步地，所述的目标函数的公式如下：
[0015][0016]其中，S
i
表示第i组斜拉索的成桥索力计算值，表示第i组斜拉索的成桥索力设计值，i＝1，2，3......n，n为斜拉索的数量，E(X)为相对误差。
[0017]进一步地，所述的成桥索力计算值的计算公式如下：
[0018]{S1，S
2 ...... S
n
}＝X
·
C
S
+G
S
[0019]其中，n为斜拉索的数量，为斜拉索的初索力，C
S
为施调向量索力对成桥索力的影响矩阵，G
S
为只施加恒载时异形斜拉桥的成桥索力。
[0020]进一步地，所述的约束条件包括：
[0021]{F
1min
，F
2min ...... F
lmin
}≤X
·
C
F
+G
F
≤{F
1max
，F
2max ...... F
lmax
}
[0022]{f
1min
，f
2min ...... f
lmin
}≤X
·
C
f
+G
f
≤{f
1max
，f
2max ...... f
lmax
}
[0023]其中，C
F
、C
f
分别为施调向量初索力对弯矩、位移的影响矩阵；G
F
、G
f
分别为只施加恒载时，异形斜拉桥各单元的弯矩和位移，F
lmax
、F
lmin
分别为异形斜拉桥第l个关键截面允许的最大正弯矩和最大负弯矩，f
lmax
、f
lmin
分别为异形斜拉桥第l个关键截面允许的最大和最小位移。
[0024]进一步地，所述的步骤4包括：
[0025]4.1)以异形斜拉桥包含的斜拉索组数n为维度，取种群数N，形成n
×
N的未知量矩阵，定义粒子的位置矩阵为X
i
＝(x
i1
，x
i2
，x
i3
，......，x
in
)，速度矩阵为V
i
＝(v
i1
，v
i2
，v
i3
，......，v
in
)，其中，x
in
表示粒子i对应的第n组斜拉索的初索力，v
in
表示粒子i的第n维速度值；
[0026]4.2)初始化粒子群的学习因子、最大寻优速度、最小寻优速度、惯性因子、迭代总次数，初始化n
×
N的位置矩阵X和速度矩阵V；
[0027]4.3)将步骤3所述的目标函数作为粒子群算法中的适应度函数，迭代计算最优适应度函数，当算法收敛后，输出最优粒子，得到异形斜拉桥中n组斜拉索的最优初索力。
[0028]进一步地，所述的惯性因子采用线性递减惯性因子，公式如下：
[0029][0030]其中，w为惯性因子，w
min
和w
max
为惯性因子最小值和最大值，G为总迭代次数，k为当前迭代步数。
[0031]进一步地，迭代计算时，将第k次迭代时的粒子群中的个体最优值记为进一步地，迭代计算时，将第k次迭代时的粒子群中的个体最优值记为粒子群中的群体最优值记为则在第k+1次迭代时更新粒子的位置和速度，更新公式如下：
[0032][0033][0034]式中，r1，r2为[0，1]之间的随机数，c1、c2为学习因子；表示第k次迭代时，粒子i对应的第j组斜拉索的索力；表示第k次迭代时，粒子i的第j维速度；表示第k次迭代时的粒子群中的个体最优值中的第j维，表示第k次迭代时的粒子群中的群体最优值中的第j维。
[0035]比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0036]本专利技术结合影响矩阵原理建立施调向量与受调向量之间的函数关系，确立优化目标，再基于粒子群算法建立异形斜拉桥的初索力优化模型，并进行迭代计算，实现异形斜拉
桥初索力的自动化求解。本方法不需要进行人工试算和迭代，避免了繁琐的优化过程，求解更加简便，提高了调索的效率，是一种高效的异形斜拉桥的初索力的求解方法。
附图说明
[0037]图1是本专利技术提出的一种自动化计算异形斜拉桥的初索力的方法的示意图；
[0038]图2是本专利技术实施例示出的某异形斜拉桥的有限元模型示意图；
[0039]图3是本专利技术实施例优化后的斜拉桥的成桥索力与目标成桥索力的对比图；
[0040]图4是本专利技术实施例优化后的斜拉桥的成桥索力与目标成桥索力的相对误差图。
具体实施方式
[0041]下图根据附图和实施例详细描述本专利技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动化计算异形斜拉桥的初索力的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据工程图纸建立异形斜拉桥的有限元模型；步骤2，获取计算索力对主梁和主塔的影响矩阵；步骤3，以成桥索力设计值作为目标成桥索力，以最小化成桥索力设计值与成桥索力计算值的差值为目标，结合影响矩阵建立目标函数，确定约束条件；步骤4，建立异形斜拉桥的索力优化模型；步骤5，通过索力优化模型计算异形斜拉桥中各斜拉索的初索力。2.根据权利要求1所述的一种自动化计算异形斜拉桥的初索力的方法，其特征在于，所述的影响矩阵包括斜拉索初索力对最终成桥索力影响矩阵、斜拉索初索力对主梁弯矩和主梁位移的影响矩阵、只施加恒载时，异形斜拉桥的成桥索力、主梁弯矩和主梁位移矩阵。3.根据权利要求1所述的一种自动化计算异形斜拉桥的初索力的方法，其特征在于，所述的目标函数的公式如下：其中，S
i
表示第i组斜拉索的成桥索力计算值，表示第i组斜拉索的成桥索力设计值，i＝1,2,3
……
n，n为斜拉索的数量，E(X)为相对误差。4.根据权利要求3所述的一种自动化计算异形斜拉桥的初索力的方法，其特征在于，所述的成桥索力计算值的计算公式如下：{S1，S2......S
n
}＝X
·
C
S
+G
S
其中，n为斜拉索的数量，为斜拉索的初索力，C
S
为施调向量索力对成桥索力的影响矩阵，G
S
为只施加恒载时异形斜拉桥的成桥索力。5.根据权利要求1所述的一种自动化计算异形斜拉桥的初索力的方法，其特征在于，所述的约束条件包括：{F
1min
，F
2min
......F
lmin
}≤X
·
C
F
+G
F
≤{F
1max
，F
2max
......F
lmax
}{f
1min
，f
2min
......f
lmin
}≤X
·
C
f
+G
f
≤{f
1max
，f
2max
......f
lmax
}其中，C
F
、C
f
分别为施调向量初索力对弯矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文剑，邵林海，黄琮，肖景平，阮祥，任飞鸿，张爱军，邢渊，钱兆燕，
申请(专利权)人：华汇工程设计集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：