梁拱组合刚构桥地震响应下设计参数优化研究

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梁拱组合刚构桥兼具梁桥与拱桥的受力特性,结构的轻巧、纤细,自重轻,可以有效解决箱梁裂缝开展与跨中长期下挠问题,提高了跨越能力。作为一种新兴桥型,对其动力方向研究较少。同时在进行梁拱组合刚构桥抗震设计时,主要设计参数的确定存在一定的偶然性与盲目性,往往不能得到最优的设计方案。以在建的礼嘉嘉陵江大桥为工程实例背景,通过围绕梁拱组合刚构桥的抗震性能提出系统且有效的设计参数优化方法,并对设计参数进行优化研究。主要完成的工作及结论如下:
  (1)采用动态时程分析法对同等跨径的梁拱组合刚构桥与普通连续刚构进行地震响应分析,通过对比两者地震响应结果发现:在地震作用下,梁拱组合刚构桥与普通连续刚构桥的桥墩墩底均为薄弱部位,但两者的塑性铰发展过程、内力与位移变化趋势、关键部位的内力与位移峰值均有明显不同。并根据梁拱组合刚构桥的地震响应特点选取了净矢跨比、边中跨比、桥墩壁厚、下弦拱壁厚这四个优化参数。
  (2)提出了梁拱组合刚构桥地震响应下设计参数的优化方法:首先合理选择设计参数,对设计参数进行正交组合建立有限元模型,并对正交试验模型进行Pushover分析。然后以曲率需求能力比和刚度退化地震损伤模型来描述结构的变形能力和损伤指数,确定目标函数,并根据评价函数法中的极小距离理想点法得到试验模型的多目标函数值,得到正交试验组合的最优结果。最后以正交试验结果为样本,结合BP神经网络与遗传算法对设计参数进一步优化。
  (3)正交试验下的最优设计参数组合为净矢跨比1/7.2、边中跨比0.57、桥墩壁厚1.1m、下弦拱壁厚0.4m。通过极差分析可知,各个设计参数对试验结果的影响程度由大到小依次为桥墩壁厚、净矢跨比、下弦拱壁厚、边中跨比。通过结合正交表、BP神经网络与遗传算法对设计参数的进一步优化,得到的优化结果为净矢跨比1/7.5、边中跨比0.54、桥墩壁厚0.91m、下弦拱壁厚0.47m。相比与正交试验得到的最小多目标函数值0.0164,最终优化的多目标函数值为0.0094,多目标函数值降低了42.7%。
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