CN112287435A - 一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化方法及装置，初拟一组合理施工张拉索力；建立部分斜拉桥模型，划分施工阶段，添加所有永久作用（包括初拟施工索力）及施工阶段临时作用，计算初始成桥索力及索力影响矩阵，在初始索力模型中添加所有可变作用并计算结构极限状态下结构响应包络值和结构抗力，基于影响矩阵运用优化算法进行迭代计算，考虑了基于桥梁设计规范的所有运营荷载及其极限状态组合，运用粒子群算法对施工索力进行寻优，其目标是在保证施工过程安全且无需二次调索的前提下，使桥梁在运营阶段荷载规范荷载作用下结构在承载能力或正常使用极限状态下具有最高的安全余量。

Description

一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化方法及装置
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，涉及到部分斜拉桥，特别是涉及一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化方法及装置。
背景技术
部分斜拉桥的总体特点是塔矮、梁刚、索集中，主要通过主梁受弯承受大部分竖向荷载，斜拉索竖向分力承担部分竖向荷载，同时其水平分力对主梁起加劲作用,达到改善主梁性能的目的。斜拉索的索力大小对结构的内力分布有着极其的影响，进而影响到结构的安全性，因此对斜拉索索力进行优化是十分必要的。
根据对结构合理状态的定义不同，可将现有斜拉桥成桥索力的优化方法分为零位移法、刚性支承连续梁法、弯曲能量最小法，内（应）力平衡法等等。其中，零位移法理论上只适用于一次落架成桥的斜拉桥。对于悬臂拼装和悬臂现浇的斜拉桥来说，施工过程中可以在可控范围内任意调整拼装角度和浇筑的立模标高，因而追求零位移是没有意义的。而刚性支承连续梁法对于部分斜拉桥来说也是不适用的。部分斜拉桥的竖向荷载主要由主梁抗弯来承受，一般来说斜拉索竖向分力承载承担率不大于30%，这种情况下拉索在主梁上的锚固点不可能等效为刚性支承点。弯曲能量最小法是求出一组索力使结构在恒载作用下的弯曲应变能最小。但由于在求解过程中改变了结构的计算模式（放大结构轴向刚度或者缩小弯曲刚度），因此不能考虑预应力及活载的作用。求出来的索力往往也不合理，索力大小不均匀甚至出现负值，需要根据经验认为调整索力。内力平衡法适用于一般意义上的钢主梁斜拉桥。应力平衡法适用于预应力混凝土主梁斜拉桥，且可以考虑活载作用。但求解过程较为繁琐，需多次手动迭代求解，且只能考虑主梁应力无法考虑承载力是否满足要求。
实际上，以上几种方法求得的都是基于某种合理成桥状态下的成桥索力。部分斜拉桥基本上都是预应力混凝土主梁，在混凝土收缩徐变和预应力钢束的作用下由成桥索力反推施工索力后进行正装分析时往往无法实现闭合，无法达到按一次落架优化时的内力分布，即使勉强闭合也一定会大大增加施工的复杂度。而且部分斜拉桥由于兼顾有斜拉桥和梁桥的特点，主梁受力也较为复杂，达到上述几种合理成桥状态后在考虑运营荷载的情况下，也未必能满足规范对于结构应力和承载能力的要求。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化方法，考虑了基于桥梁设计规范的所有运营荷载及其极限状态组合，运用粒子群算法对施工索力进行寻优，其目标是在保证施工过程安全且无需二次调索的前提下，使桥梁在运营阶段荷载规范荷载作用下结构在承载能力或正常使用极限状态下具有最高的安全余量。
第一方面，本发明解决问题的技术方案为，提供一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化方法，包括：
初拟一组合理施工张拉索力；
建立部分斜拉桥模型，划分施工阶段，添加所有永久作用（包括初拟施工索力）及施工阶段临时作用，计算初始成桥索力及索力影响矩阵；
在初始索力施工阶段中添加可变作用，计算结构极限状态下结构响应包络值和结构抗力；
基于影响矩阵运用优化算法进行迭代计算，在运营阶段进行全局优化，使得安全余量最大化；
其中，优化的目标为：主梁各关键截面频遇组合下上下缘拉应力及标准组合下上下缘压应力最小安全余量最大化、主梁各关键截面基本组合下正截面弯矩承载能力最小安全系数最大化。
进一步的，初拟一组合理施工张拉索力包括：
根据部分斜拉桥有关参数及主梁施工方案，按照斜拉索一次张拉到位的方案，根据设计经验初拟一组施工张拉索力
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
。
进一步的，计算初始成桥索力及索力影响矩阵包括：
在添加永久作用及施工阶段临时作用后，进行施工阶段分析计算，提取出初始成桥索力
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
；
分别依次改变各组斜拉索施工索力，将永久作用按各极限状态组合的各分项系数进行组合；
计算出结构各关键截面的永久作用极限状态组合下结构响应关于施工索力变化的影响矩阵
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
及成桥索力关于施工索力变化的影响矩阵
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
。
进一步的，在初始索力施工阶段中添加可变作用，并进行各种极限状态组合；
提取出结构各关键截面在极限状态组合下的结构响应包络
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
，以及主梁关键截面正截面弯矩抗力设计值
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
。
将计算得到的影响矩阵及结构响应值导入优化算法；
运用优化算法，对施工索力进行寻优，求出最优的施工张拉索力使主梁在运营阶段极限状态下的安全余量最大化。
进一步的，当索力在初始索力基础上变化
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
时，结构各关键截面在极限状态组合下的结构响应包络
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
，成桥索力
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
；
各关键截面应力安全余量可按下式计算：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE022
为所需应力安全余量，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE024
为规范规定的应力限值，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE026
为根据影响矩阵计算的应力包络值。
各关键截面的正截面弯矩承载能力安全系数可按下式计算：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE028
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE030
为所需正截面弯矩承载能力安全系数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE032
为正截面弯矩设计抗力，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE034
为桥涵结构重要性系数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE036
为基于影响矩阵计算的正截面弯矩包络值。
进一步的，上述优化算法可以采用粒子群算法，优化步骤包括：
步骤1：设置优化参数，初始化粒子群位置及速度；
步骤2：基于影响矩阵计算每个粒子适应度；
步骤3：根据适应度更新粒子速度和位置；
步骤4：判断是否收敛，若是，则结束优化；反之则返回步骤2。
进一步的，所述优化算法的模型可抽象为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE038
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE040
是相对于初始索力的索力改变量，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE042
是评价桥梁运营阶段使用性能的目标函数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE044
是描述结构约束条件的归一化约束不等式，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE046
、
Figure DEST_PATH_IMAGE048
表示设计变量的下限和上限。
第二方面，根据本发明实施例提供的一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化装置，包括：
模型建立及计算模块，建立桥梁仿真模型，添加相关作用并进行荷载组合，进行计算并提取结果；
影响矩阵计算模块，获取数据，计算出所需的影响矩阵；
优化模块，根据以上两个模块所得的数据，利用优化算法迭代计算，在运营阶段进行全局优化，以获取使得结构具有最大安全余量时所对应的施工索力。
第三方面，根据本发明实施例提供的一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面或第二方面的任意一种可能的实现方式提供的方法的步骤。
第四方面，根据本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面或第二方面的任意一种可能的实现方式提供的方法。
本发明的有益效果为：
1. 对于几何非线性效应较小的部分斜拉桥而言，运营阶段的可变作用效应在拉索索力变化不大的情况下可看作常量。将结构的永久作用效应和可变作用效应分开，在索力优化时仅考虑永久作用效应的变化，提高了优化效率，且可以考虑所有基于规范的可变作用及作用组合，使结构在运营阶段有较大的安全余量。
2. 运用影响矩阵来建立索力变化与结构响应变化之间的显式映射关系，在寻优过程中无需花费大量时间进行有限元计算。再结合全局搜索能力强、收敛速度快的优化算法，可在较短时间内获得全局最优解。
3. 本发明直接求出最优的斜拉索施工张拉索力，不同于一般的索力优化方法求得的都是成桥索力，无需由成桥索力逆推至施工索力，大幅度减少了后期处理的工作量，增强了方法的实用性。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化方法的流程图；
图2为本发明实施例的粒子群优化算法的应用流程图；
图3为本发明实施例提供的一种部分斜拉桥桥型总体布置图；
图4为本发明实施例提供的一种部分斜拉桥合拢段标注横断面截图；
图5为本发明实施例提供的一种部分斜拉索计算模型渲染图；
图6为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明提供的一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化方法的流程图，包括：
步骤S101：初拟一组合理施工张拉索力。
本发明实施例中，可以根据部分斜拉桥设计参数及主梁施工方案，按照斜拉索一次张拉到位的方案，根据设计经验初拟一组施工张拉索力
Figure DEST_PATH_IMAGE050
。
步骤S102：建立部分斜拉桥模型，划分施工阶段，添加所有永久作用（包括初拟施工索力）及施工阶段临时作用，计算初始成桥索力及索力影响矩阵。
本发明实施例中，可以在有限元软件结构分析设计软件中建立部分斜拉索模型，并划分施工阶段。
在分析模型中添加永久作用及施工阶段临时作用后，进行施工阶段分析计算，提取出初始成桥索力
Figure DEST_PATH_IMAGE052
。
分别依次改变斜拉索施工索力，根据需要，将永久作用按各极限状态组合的各分项系数进行组合，计算出结构各关键部位的永久作用极限状态组合下结构响应关于施工索力变化（发生单位索力的变化）的影响矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE054
及成桥索力关于施工索力变化的影响矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE056
。
步骤S103：在初始索力施工阶段中添加可变作用，计算结构极限状态下结构响应包络值和结构抗力。
本发明实施例中，在初始索力施工阶段分析模型中根据规范添加可变作用，并进行各种极限状态组合；提取出结构各关键部位在极限状态组合下的结构响应包络
Figure DEST_PATH_IMAGE058
，以及主梁关键截面正截面弯矩抗力设计值
Figure DEST_PATH_IMAGE060
。
步骤S104：基于影响矩阵运用优化算法进行迭代计算，在运营阶段进行全局优化，使得安全余量最大化。
本发明实施例中，将以上计算得到的各矩阵导入Matlab优化程序中，在兼顾主梁施工安全性和斜拉索成桥索力均匀性及斜拉索在运营阶段安全系数等条件下，运用优化算法，求出一组最优索力改变量，使得结构在考虑基于规范的全部运营载荷及其极限状态组合的情况下，安全余量最大化。
考虑到部分斜拉桥结构非线性效应不明显，依据线性思想，当索力在初始索力基础上变化
Figure DEST_PATH_IMAGE062
时，结构各关键部位在极限状态组合下的结构响应包络
Figure DEST_PATH_IMAGE064
，成桥索力
Figure DEST_PATH_IMAGE066
。
各关键截面应力安全余量可按下式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE068
，
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE070
为所需应力安全余量，
Figure DEST_PATH_IMAGE072
为规范规定的应力限值，
Figure DEST_PATH_IMAGE074
为根据影响矩阵计算的应力包络值。
各关键截面的正截面弯矩承载能力安全系数可按下式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE076
，
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE078
为所需正截面弯矩承载能力安全系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE080
为正截面弯矩设计抗力，
Figure DEST_PATH_IMAGE082
为桥涵结构重要性系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE084
为基于影响矩阵计算的正截面弯矩包络值。
优化算法采用粒子群算法时，参考图2所示的粒子群优化算法流程图。
初拟合理施工索力；在设计软件中建立部分斜拉桥模型，进行施工阶段划分，添加所有永久作用，提取初始成桥索力及索力影响矩阵；添加所有可变作用，计算结构内（应）力包络值，并提取结构抗力，之后，按以下步骤进行优化：
步骤1：设置优化参数，初始化粒子群位置及速度；
步骤2：基于影响矩阵计算每个粒子适应度；
步骤3：根据适应度更新粒子速度和位置；
步骤4：判断是否收敛，若是，则结束优化；反之则返回步骤2。
其中，优化模型可抽象为下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE086
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE088
是相对于初始索力的索力改变量，
Figure DEST_PATH_IMAGE090
是评价桥梁运营阶段使用性能的目标函数，
Figure DEST_PATH_IMAGE092
是描述结构约束条件的归一化约束不等式，
Figure DEST_PATH_IMAGE094
、
Figure DEST_PATH_IMAGE096
表示设计变量的下限和上限。
以下参照上述方法步骤，以某部分斜拉桥为例进行说明。
如图3所示，为某部分斜拉桥桥型总体布置图。此桥为三跨预应力混凝土部分斜拉桥，跨径组合为(110+180+105)m，半漂浮体系，采用悬臂浇筑法施工。图4为主梁合拢段标准横断面图，主梁采用单箱单室箱梁，3.2m~6.0m按1.8次抛物线变高，桥面全宽15.65m。索塔为双柱式塔，两塔柱净距12.75m采用混凝土结构，主梁顶面以上高30m，截面形式为实心多边形。全桥共设4x10对斜拉索，斜拉索采用
Figure DEST_PATH_IMAGE098
15.2的高强度低松弛环氧喷涂钢绞线，双索面布置，两个主塔外侧4x3对斜拉索规格为37
Figure DEST_PATH_IMAGE099
15.2，内侧4x7对斜拉索规格为31
Figure DEST_PATH_IMAGE100
15.2；主梁横向两端设置专用锚固区，索塔支点处无索区长度为76.3m，跨中无索区长度长度13m。主梁采用C55混凝土，主塔采用C50混凝土，桩基采用C35混凝土，预应力钢筋分为Strand1860钢绞线和Steelbar785螺纹钢筋。考虑结构施工阶段及整体的对称性，CLi、CLi'、CRi'、CRi(i = 1, 2,…,10)四对斜拉索取同一索力值，共计10个设计变量。其中，承载能力极限状态按一级桥涵结构设计，正常使用极限状态按全预应力构件设计。
根据设计经验，初步拟定一组斜拉索施工索力：
Figure DEST_PATH_IMAGE102
根据设计参数，在Midas/Civil中建立此部分斜拉桥模型，图5为计算模型渲染图。添加所有永久作用及施工阶段临时作用，包括结构自重、预应力、斜拉索张拉力、混凝土收缩徐变、混凝土湿重、挂篮重力，进行施工阶段划分。进行结构分析计算后提取初始斜拉索成桥索力
Figure DEST_PATH_IMAGE104
。
分别依次将模型中每一组四对斜拉索初始张拉索力调整为初始值的1.1倍，将永久作用进行各极限状态组合，分析提取计算后结构响应并计算以下影响矩阵（发生单位索力的变化）：
（1）斜拉索成桥索力影响矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE106
；
（2）斜拉索永久作用标准组合索力影响矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE108
；
（3）结构重力和预加力对结构承载力有利时（分项系数取1.0）主梁关键截面永久作用基本组合下弯矩影响矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE110
，结构重力和预加力对结构承载力不利时（分项系数取1.2）主梁关键截面永久作用基本组合下弯矩影响矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE112
；
（4）主梁关键截面永久作用标准组合下截面上缘应力影响矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE114
，主梁关键截面永久作用标准组合下截面下缘应力影响矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE116
。
（5）主梁关键截面永久作用频遇组合下截面上缘应力影响矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE118
，主梁关键截面永久作用频遇组合下截面下缘应力影响矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE120
。
计算并提取主梁关键截面正截面正弯矩抗力设计值
Figure DEST_PATH_IMAGE122
，负弯矩抗力设计值
Figure DEST_PATH_IMAGE124
。
在初始索力模型中添加所有基于规范的可变作用，包括车辆荷载、基础沉降作用、风荷载、整体升降温作用、主梁梯度升降温作用、索塔梯度升降温作用、斜拉索局部升降温作用，将所有作用进行极限状态组合，然后进行结构分析计算提取以下结构响应包络值：
（1）斜拉索标准组合最大索力值
Figure DEST_PATH_IMAGE126
。
（2）结构重力和预加力对结构承载力有利时（分项系数取1.0）主梁关键截面基本组合下最大弯矩
Figure DEST_PATH_IMAGE128
、最小弯矩
Figure DEST_PATH_IMAGE130
，结构重力和预加力对结构承载力不利时（分项系数取1.2）主梁关键截面基本组合下最大弯矩
Figure DEST_PATH_IMAGE132
、最小弯矩
Figure DEST_PATH_IMAGE134
。
（3）主梁关键截面频遇组合下上缘最大应力
Figure DEST_PATH_IMAGE136
、下缘最大应力
Figure DEST_PATH_IMAGE138
，主梁关键截面标准组合下上缘最小应力
Figure DEST_PATH_IMAGE140
、下缘最小应力
Figure DEST_PATH_IMAGE142
。
上述数据导入Matlab优化程序中，对结构运营阶段的安全余量进行全局优化。
取斜拉索相对于初始施工张拉索力的索力改变量为设计变量，为了保证结构在施工阶段的安全性，取设计变量的下限
Figure DEST_PATH_IMAGE144
，取设计变量的上限
Figure DEST_PATH_IMAGE146
。
当设计变量
Figure DEST_PATH_IMAGE148
取一组具体值时，相应的结构响应
Figure DEST_PATH_IMAGE150
。
优化目标为主梁各关键截面频遇组合下上下缘拉应力及标准组合下上下缘压应力最小安全余量最大化，和主梁各关键截面基本组合下正截面弯矩承载能力最小安全系数最大化。
各关键截面应力安全余量可按下式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE152
，
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE154
为所需应力安全余量，
Figure DEST_PATH_IMAGE156
为规范规定的应力限值，
Figure DEST_PATH_IMAGE158
为根据影响矩阵计算的应力包络值。
各关键截面的正截面弯矩承载能力安全系数可按下式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE160
，
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE162
为所需正截面弯矩承载能力安全系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE164
为正截面弯矩设计抗力，
Figure DEST_PATH_IMAGE166
为桥涵结构重要性系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE168
为基于影响矩阵计算的正截面弯矩包络值。
可将其中一个目标设定为约束条件，使用罚函数实现。同时兼顾斜拉索成桥索力均匀性（用变异系数衡量）、斜拉索在标准组合下最大索力的安全系数等等，也使用罚函数实现。
根据本发明实施例的第二方面，提供了一种考虑运营载荷的部分斜拉桥索力优化装置，包括：
模型建立及计算模块，在有限元结构分析设计软件中建立桥梁仿真模型，添加相关作用并进行荷载组合，进行计算并提取结果。其中，建立桥梁仿真模型用于模拟实际桥梁；添加相关作用并进行荷载组合用于考虑基于规范的各种作用及其极限状态组合；进行计算并提取结果用于提取初始索力下的结构响应包络值及计算影响矩阵所需的数据。
影响矩阵计算模块，获取有限元软件的计算结果，根据获取的数据计算出所需的影响矩阵，用于后续的优化模块。
优化模块，根据以上两个模块所得的数据，利用优化算法迭代计算，在运营阶段进行全局优化，以获取使得结构具有最大安全余量时所对应的施工索力。
本发明实施例所提供的装置均适用于上述方法，具体功能可参照上述方法实现，此处不再赘述。
参阅图6，其示出了本发明实施例所涉及的一种电子设备的结构示意图，该电子设备可以用于实施本发明实施例中的方法。如图所示，电子设备可以包括：至少一个中央处理器，至少一个网络接口，用户接口，存储器，至少一个通信总线。
其中，通信总线用于实现这些组件之间的连接通信。
其中，用户接口，可选用户接口还可以包括标准的有线接口、无线接口。
其中，网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口（如WI-FI接口）。
其中，中央处理器可以包括一个或者多个处理核心。中央处理器利用各种接口和线路连接整个终端内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器内的数据，执行终端的各种功能和处理数据。可选的，中央处理器可以采用数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）、可编程逻辑阵列（Programmable Logic Array，PLA）中的至少一种硬件形式来实现。中央处理器可集成中央中央处理器（CentralProcessing Unit，CPU）、图像中央处理器（Graphics Processing Unit，GPU）和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到中央处理器中，单独通过一块芯片进行实现。
其中，存储器可以包括随机存储器（Random Access Memory，RAM），也可以包括只读存储器（Read-Only Memory）。可选的，该存储器包括非瞬时性计算机可读介质（non-transitory computer-readable storage medium）。存储器可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令（比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等）、用于实现上述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储上面各个方法实施例中涉及到的数据等。存储器可选的还可以是至少一个位于远离前述中央处理器的存储装置。如图6所示，作为一种计算机存储介质的存储器中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及程序指令。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。其中，计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、DVD、CD-ROM、微型驱动器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统（包括分子存储器IC），或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器（Read-Only Memory， ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通进程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器（Read-Only Memory， ROM）、随机存取器（Random AccessMemory，RAM）、磁盘或光盘等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施例只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化方法，其特征在于，包括：
初拟一组合理施工张拉索力；
建立部分斜拉桥模型，划分施工阶段，添加所有永久作用（包括初拟施工索力）及施工阶段临时作用，计算初始成桥索力及索力影响矩阵；
在初始索力施工阶段中添加可变作用，计算结构极限状态下结构响应包络值和结构抗力；
基于影响矩阵运用优化算法进行迭代计算，在运营阶段进行全局优化，安全余量最大化；
其中，优化的目标为：主梁各关键截面频遇组合下上下缘拉应力及标准组合下上下缘压应力最小安全余量最大化、主梁各关键截面基本组合下正截面弯矩承载能力最小安全系数最大化。
2.根据权利要求1所述的一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化方法，其特征在于，初拟一组合理施工张拉索力包括：
根据部分斜拉桥有关参数及主梁施工方案，按照斜拉索一次张拉到位的方案，根据设计经验初拟一组施工张拉索力
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
3.根据权利要求2所述的一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化方法，其特征在于，计算初始成桥索力及索力影响矩阵包括：
在添加永久作用及施工阶段临时作用后，进行施工阶段分析计算，提取出初始成桥索力
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
分别依次改变各组斜拉索施工索力，将永久作用按各极限状态组合的各分项系数进行组合；
计算出结构各关键部位的永久作用极限状态组合下结构响应关于施工索力变化的影响矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE006
及成桥索力关于施工索力变化的影响矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE008
。
4.根据权利要求3所述的一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化方法，其特征在于，在初始索力施工阶段中添加可变作用，并进行各种极限状态组合；
提取出结构各关键部位在极限状态组合下的结构响应包络
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，以及主梁关键截面正截面弯矩抗力设计值
Figure DEST_PATH_IMAGE012
。
5.根据权利要求4所述的一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化方法，其特征在于，当索力在初始索力基础上变化
Figure DEST_PATH_IMAGE014
时，结构各关键部位在极限状态组合下的结构响应包络
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，成桥索力
Figure DEST_PATH_IMAGE018
；
将计算得到的影响矩阵及结构响应值导入优化算法；；
运用优化算法，对施工索力进行寻优，求出最优的施工张拉索力使主梁在运营阶段极限状态下的安全余量最大化；
各关键截面应力安全余量可按下式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为所需应力安全余量，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为规范规定的应力限值，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为根据影响矩阵计算的应力包络值，
各关键截面的正截面弯矩承载能力安全系数可按下式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为所需正截面弯矩承载能力安全系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
为正截面弯矩设计抗力，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
为桥涵结构重要性系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
为基于影响矩阵计算的正截面弯矩包络值。
6.根据权利要求5所述的一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化方法，其特征在于，所述优化算法为粒子群算法，所述优化算法包括：
步骤1：设置优化参数，初始化粒子群位置及速度；
步骤2：基于影响矩阵计算每个粒子适应度；
步骤3：根据适应度更新粒子速度和位置；
步骤4：判断是否收敛，若是，则结束优化；反之则返回步骤2。
7.根据权利要求6所述的一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化方法，其特征在于，所述优化算法的模型可抽象为：
Figure DEST_PATH_IMAGE038
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
是相对于初始索力的索力改变量，是评价桥梁运营阶段使用性能的目标函数，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
是描述结构约束条件的归一化约束不等式，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
、
Figure DEST_PATH_IMAGE046
表示设计变量的下限和上限。
8.一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化装置，其特征在于，包括：
模型建立及计算模块，建立桥梁仿真模型，添加相关作用并进行荷载组合，进行计算并提取结果；
影响矩阵计算模块，获取数据，计算出所需的影响矩阵；
优化模块，根据以上两个模块所得的数据，利用优化算法迭代计算，在运营阶段进行全局优化，以获取使得结构具有最大安全余量时所对应的施工索力。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述一种考虑运营荷载的部分斜拉桥索力优化方法的步骤。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113268705A (zh) * 2021-05-10 2021-08-17 中国铁路设计集团有限公司 一种利用矩阵关系表形成荷载组合的方法
CN114117594A (zh) * 2021-11-15 2022-03-01 中铁大桥勘测设计院集团有限公司 内力提取方法、装置、设备及可读存储介质
CN114741648A (zh) * 2022-03-15 2022-07-12 中铁第四勘察设计院集团有限公司 斜拉桥的索力分析方法及装置、电子设备及存储介质
CN115481474A (zh) * 2022-09-02 2022-12-16 中铁大桥勘测设计院集团有限公司 一种考虑索力耦合效应的索力优化方法、装置及设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101937485A (zh) * 2010-10-11 2011-01-05 武汉理工大学 斜拉桥初始成桥初始索力确定方法
CN108460229A (zh) * 2018-03-21 2018-08-28 武汉理工大学 连续桥面结构桥梁拉索内力的调整方法
CN110472306A (zh) * 2019-07-26 2019-11-19 武汉工程大学 一种斜拉桥索力优化方法、装置、设备和可读存储介质

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101937485A (zh) * 2010-10-11 2011-01-05 武汉理工大学 斜拉桥初始成桥初始索力确定方法
CN108460229A (zh) * 2018-03-21 2018-08-28 武汉理工大学 连续桥面结构桥梁拉索内力的调整方法
CN110472306A (zh) * 2019-07-26 2019-11-19 武汉工程大学 一种斜拉桥索力优化方法、装置、设备和可读存储介质

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李涛: "矮塔斜拉桥施工控制及受力分析研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (工程科技Ⅱ辑)》 *
淡丹辉等: "基于影响矩阵及粒子群算法的斜拉桥自动调索", 《同济大学学报(自然科学版)》 *
袁矫等: "基于影响矩阵法及粒子群优化的混凝土斜拉桥施工索力确定方法研究", 《中国水运(下半月)》 *
赵凯等: "基于粒子群算法的斜拉桥恒载索力优化", 《山东交通学院学报》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113268705A (zh) * 2021-05-10 2021-08-17 中国铁路设计集团有限公司 一种利用矩阵关系表形成荷载组合的方法
CN113268705B (zh) * 2021-05-10 2023-06-20 中国铁路设计集团有限公司 一种利用矩阵关系表形成荷载组合的方法
CN114117594A (zh) * 2021-11-15 2022-03-01 中铁大桥勘测设计院集团有限公司 内力提取方法、装置、设备及可读存储介质
CN114117594B (zh) * 2021-11-15 2024-01-26 中铁大桥勘测设计院集团有限公司 内力提取方法、装置、设备及可读存储介质
CN114741648A (zh) * 2022-03-15 2022-07-12 中铁第四勘察设计院集团有限公司 斜拉桥的索力分析方法及装置、电子设备及存储介质
CN114741648B (zh) * 2022-03-15 2024-05-03 中铁第四勘察设计院集团有限公司 斜拉桥的索力分析方法及装置、电子设备及存储介质
CN115481474A (zh) * 2022-09-02 2022-12-16 中铁大桥勘测设计院集团有限公司 一种考虑索力耦合效应的索力优化方法、装置及设备
CN115481474B (zh) * 2022-09-02 2024-04-23 中铁大桥勘测设计院集团有限公司 一种考虑索力耦合效应的索力优化方法、装置及设备

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