零阶与一阶优化算法在悬索桥模型修正中的应用对比分析

为了给健康监测研究提供一个较为准确的有限元基准模型，采用零阶与一阶优化算法作为悬索桥模型修正的基本工具，同时将优化算法与大型有限元分析软件相结合，以考虑大跨悬索桥的非线性和应力刚度。对零阶与一阶优化算法在悬索桥模型修正中的具体实现方法进行了探讨。针对润扬大桥悬索桥，利用健康监测系统的实测数据进行了优化算例分析，优化过程中结合了动力与静力两方面的约束信息，使得结果更趋于合理。对两种算法的准确性和计算效率进行了对比分析，提出了应用建议。     

双链式悬索桥地震反应特征研究

双链式悬索桥采用钢加劲梁和钢筋混凝上索塔,使得阻尼在全桥中呈非经典阻尼耗能特性,导致主坐标系中的运动方程耦联。基于复阻尼理论求解等效粘滞阻尼比,以近似描述非经典阻尼体系的阻尼耗能特性。考虑几何非线性及非经典阻尼因素,对一座双链式悬索桥进行了地震反应谱和时程反应分析。引入主缆形状系数,将单链式悬索桥作为双链式悬索桥的特例,就同跨度同矢高的双链式悬索桥和单链式（普通式）悬索桥地震反应进行对比分析,揭示双链式悬索桥地震反应特征。双链式悬索桥地震反应特征的研究对该类桥设计选型、动力性能评估及抗震加固设计都有重要的工程意义     

基于牛顿-拉普森迭代和零阶优化算法的悬索结构找形研究

基于牛顿-拉普森迭代对悬索体系的找形进行了研究,同时采用零阶优化算法对迭代进行优化控制,并对影响求解精度的因素进行了分析。在此基础上,针对恒载状态下的润扬大桥悬索桥进行了算例分析,并与膜理论计算结果和竣工试验中的实测数据进行了比较。算例表明,利用优化算法对控制点的标高变化进行控制,可以更加准确地得到主缆的线形及其内力。该方法不仅可以应用于悬索桥主缆的找形,同样也适用于其它大跨缆索结构的找形和施工控制。     

双链式悬索桥在单车荷载下的振动特征

鉴于车体点头刚度对双链式悬索桥动态响应的影响很小,采用单个移动质量-弹簧-阻尼车辆模型,应用达朗贝尔原理和位移协调条件,推导出车桥耦合振动的运动方程。考虑几何非线性及桥面平整度因素,就车辆沿桥纵轴向中心行驶和偏心行驶两种工况,探讨单个移动车辆荷载对双链悬索桥振动响应的影响。针对不同车速、不同桥面平整度,分析了单个车辆对双链式悬索桥的冲击效应。引入主缆形状系数,将单链式悬索桥作为双链式悬索桥的特例,就双链式悬索桥和单链式悬索桥车振响应进行对比分析,揭示双链式悬索桥车振特征。双链式悬索桥车振响应特征的研究对该类桥设计选型、动力性能评估及动力加固设计都有积极的意义。     

基于铺层设计特征的碳纤维增强复合材料悬架控制臂结构优化

基于铺层设计特征,提出一种使用碳纤维复合材料对承载结构件进行结构优化设计的方法和流程.该方法综合考虑结构几何特征、材料铺层方式、铺层厚度及铺层角度在设计环节中的序列关系,通过几何设计空间构建、离散变量多目标优化、基于工艺可行性的最优决策等方法实现结构设计.以碳纤维增强复合材料悬架控制臂的轻量化设计为例:首先,以钢质控制臂结构为参考建立复合材料控制臂的几何设计空间;然后,以复合材料铺层便利性为原则对其进行结构设计,采用准各向同性铺层对控制臂的铺层厚度进行设计;进而,以提高控制臂刚度和1阶固有频率为目标,使用优化算法对铺层角度进行多目标优化设计;最后,以工艺可行性为约束对优化结果进行筛选并最终完成结构设计.结果表明,所设计复合材料结构具有更大的刚度和1阶固有频率,并且与钢质结构相比减重47.9%.所提出的方法能够较好地兼顾结构特征和复合材料设计要求之间的关系,为复合材料结构优化设计理论与方法的发展提供有益参考.     

独塔非对称自锚式悬索桥主缆施工的监控测量调整

跨河跨谷大桥的结构设计外形美观,为了充分发挥材料的性能,提高大跨度稳定性,设计者们更青睐采用悬索桥。本文以贵州省罗甸县城市综合建设项目1号桥悬索桥为研究对象,分析独塔非对称自锚式悬索桥结构特点,介绍了主缆施工中的架设过程及线型调整方法,可为后期类似工程提供借鉴和参考。     

大跨径悬索桥拆除工程模拟计算分析

悬索桥能够充分利用材料的强度,用料省、自重轻,跨越能力最大。近些年来,悬索桥在大跨径桥梁建设中取得快速发展。某钢桁架悬索桥技术状况较差,承载能力不满足规范要求,需对原桥进行拆除。该文通过有限元分析模拟悬索桥不同拆除工况,根据不同工况计算结果确定悬索桥实际拆除方案,保证拆除过程中结构整体稳定性及安全性,并明确悬索桥实际拆除方案中具体施工流程及施工要点,为类似工程提供参考。     

超大跨径碳纤维主缆悬索桥施工阶段颤振稳定性研究

为明确超大跨径碳纤维主缆悬索桥施工过程中的颤振稳定性,采用状态空间法,对主跨3500m碳纤维主缆悬索桥10个施工阶段的颤振稳定性进行了分析,分别讨论了加劲梁刚度折减、阻尼比等参数对施工阶段颤振稳定性的影响,并研究了交叉索对改善悬索桥施工阶段颤振稳定性的作用,研究表明,同时布置竖向交叉索和水平交叉索可大幅提高超大跨径悬索桥施工阶段的颤振稳定性。     

悬索桥索鞍理论位置的精确计算

索鞍位置是悬索桥线形设计和施工控制的重要参数。本文根据悬索桥的设计特点,采用牛顿－拉斐森失代法精确确定悬索桥的索鞍位置,并且利用该方法编制了悬索桥施工控制软件 －索鞍位置计算模块,算例表明该方法是正确可行的,可供悬索桥施工和设计人员参考。     

一类四阶非线性椭圆方程的无穷多个变号解

在工程实际中,含有双调和算子的四阶椭圆问题?~2u+c?u=f(x,u),x∈?,可用来描述悬索桥的非线性振动.当悬索桥处于平衡位置且不受外力的理想情形下,相应的边界条件为u|_(??)=?u|_(??)=0.本文研究了一类四阶椭圆边值问题,其中非线性项f在0处渐近线性、在∞处超二次.证明方法为下降流不变集方法,主要结果是证明了这类四阶椭圆边值问题存在一个变号解以及存在无穷多个变号解的两个定理.所得结果及其证明方法均不同于现有文献中的结果.     

基于GA－RS的规则钢筋混凝土桥梁圆形单柱桥墩延性抗震优化设计

提出抗震结构集成优化设计的新方法,将多目标遗传优化算法与反应谱分析很好地结合起来,建立规则钢筋混凝土圆形单柱桥墩多目标抗震优化设计的通用框架,以圆形单柱桥墩的截面半径、纵向钢筋配筋率和横向箍筋配筋率为设计变量,以结构的初始材料造价、抗震强度需求能力比、抗震延性需求能力比为优化目标函数。通过把延性抗震设计问题转化为多目标优化问题,从而使设计者可以很好地平衡抗震设计的各种关键因素,并以可控的方式处理多个优化目标而获得Pareto意义上的最优设计参数。     

Reliability-based optimal design using sample average approximations

An algorithm for reliability-based optimal design is developed using sampling techniques for estimating the failure probability. The algorithm applies a new method for sensitivity calculations of the failure probability. Initially, the estimates of the failure probability are coarse. As the algorithm progresses towards an optimal design, the number of sample points is increased in an adaptive way leading to better estimates of the failure probability. The algorithm is proven to converge to an optimal design. The applicability of the algorithm is shown in an example from the area of highway bridge design.     

基于自适应引力算法的桥梁监测传感器优化布置

针对桥梁健康监测中传感器布置优化问题,提出了一种基于自适应引力算法的传感器优化布置方法。以模态置信准则为基础,构造满足传感器优化布置的适应度函数;针对引力搜索算法开发能力不足,对衰减因子α进行了自适应改进。搜索初期α较小,粒子以较大步长进行全局搜索,增强了算法的搜索效率;搜索后期α较大,粒子以较小的步长进行局部搜索,提高了算法的搜索能力,避免落入局部极值点。改进后的自适应引力算法通过双重编码的方式,使算法可以解决离散型的传感器布置问题;以马水河大桥为例,验证算法的可行性。结果表明,改进后的算法有很好的寻优能力,能够准确高效的确定传感器优化位置。     

基于多目标遗传算法的传感器优化布点研究

针对目前桥梁模态试验中传感器布点优化都是基于单一准则下的研究的局限性,提出采用双准则或多准则下的传感器优化布点研究,该方法改进了以往布点优化中单一目标最优的限制,转而寻求多准则下的优化布点的满意解,而非真正严格数学意义上的最优解。采用Pareto遗传算法,设计了相应的遗传算子和编码方案,成功求解了双准则下传感器最优布点问题,优化结束时,成功给出了一组pareto最优解的前沿面,进而证明了提出的方法是可行的。     

消能减震剪力墙结构体系的最优设计

提出了一种消能减震剪力墙结构最优阻尼比的设计方法。采用连续化方法,将剪力墙连梁处的阻尼器参数连续分布在墙肢上,从墙肢的微元体的力学平衡方程出发,建立了墙肢的动力偏微分方程,并映射成为双变量的常微分方程。求导建立最优函数方程,将两种极限状态参数代入最优函数方程,获得一个关于阻尼比的超越方程,用数值解法确定最优阻尼比。数值分析结果表明了设计方法的有效性。该设计方法的特点是物理概念明确,计算过程的物理信息不丢失,工作量少,可推广应用在高层建筑的消能减震设计中。     

具有多个主振模态振动系统的减振优化设计

本文研究被动减振装置的优化设计问题。对经受稳态激励的振动系统提出了一个两步减振优化设计方法,以确定减振装置的最优安装位置和参数。该方法直接以对系统的振动量级要求为设计目标函数,避免对原始结构和附加减振结构组成的复杂系统进行重复的动态性能分析,因而可用于工程中复杂结构的减振设计。     

Considerations for D‐Optimal Sequential Design

Classical D‐optimal design is used to create experimental designs for situations in which an underlying system model is known or assumed known. The D‐optimal strategy can also be used to add additional experimental runs to an existing design. This paper demonstrates a study of variable choices related to sequential D‐optimal design and how those choices influence the D‐efficiency of the resulting complete design. The variables studied are total sample size, initial experimental design size, step size, whether or not to include center points in the initial design, and complexity of initial model assumption. The results indicate that increasing total sample size improves the D‐efficiency of the design, less effort should be placed in the initial design, especially when the true underlying system model isn't known, and it is better to start off with assuming a simpler model form, rather than a complex model, assuming that the experimenter can reach the true model form during the sequential experiments. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于结构多尺度模拟和分析的大跨斜拉桥应变监测传感器优化布置研究

该文以润扬大桥斜拉桥钢箱梁结构为研究对象,针对结构安全评估为目标的大跨桥梁结构健康监测系统中应变传感器的优化布置问题,提出了一个基于桥梁结构多尺度模拟和结构响应分析结果进行应变传感器优化布置的方法。通过斜拉桥脊骨梁模型来研究确定钢箱梁的关键截面,通过子模型方法实现钢箱梁结构的多尺度模拟和从结构整体到主要局部构件中的应力状态分析,据此进一步分析和确定斜拉桥健康监测系统中钢箱梁结构应变传感器的安装位置,并用在润扬斜拉桥上进行的静动载试验的测试结果验证了结构整体与局部响应分析结果,从而间接验证了应变传感器优化布置结果的正确性。     

最小偏差法在机械多目标优化设计中的应用

提出了处理多目标问题的最小偏差法,并将其应用于机械多目标优化设计。以流体动压滑动轴承多目标优化设计为例,建立了以摩擦系数最小、发热量最小和承载能力最大为目标函数的多目标优化设计数学模型,根据最小偏差法原理构造统一目标函数,利用改进遗传算法对该问题进行了优化设计。算例整个求解过程和结果表明,该方法既可以避免人为因素的影响,又能够获得比常规设计更佳的设计参数,同时也验证了所提方法对于解决机械多目标优化设计问题的有效性和可行性。     

基于BP神经网络的桥上移动荷载分阶段识别方法

移动荷载识别可作为桥梁损伤机理研究的基础,同时为交通规划提供可靠的车载信息。提出了一种基于BP神经网络的桥上移动荷载的分阶段识别新方法。建立了桥梁有限元模型和2自由度5参数车辆模型,模拟生成了神经网络训练样本。采用分阶段识别技术,分步识别了桥上车辆的位置、速度和荷载。在神经网络设计中,利用正交设计法选择训练样本集,采用正则化方法对误差性能函数进行修正,并采用遗传算法对初始权进行了优化。数值仿真了一简支梁桥的移动车辆荷载识别,并通过模型试验进行了验证。结果表明:所提出的方法能够在线、实时地识别桥上移动车辆荷载,识别精度高、收敛速度快,且具有较强的鲁棒性和抗噪能力。