基于GARS的规则钢筋混凝土桥梁圆形单柱桥墩延性抗震优化设计.pdfVIP

振动与冲击 OFVIBRATIONANDSHOCK V01．29No．32010 第29卷第3期 JOURNAL 111 11 I i _ I●_ 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 郑玉国1，-，袁万城1 (1．同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海200092；2．湖南科技大学土木工程学院，湘潭411201) 摘 要：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。 关键词：规则钢筋混凝土桥梁；抗震优化设计；延性抗震设计；遗传算法；反应谱分析 中图分类号：U442．5+5文献标识码：A 从1972年“u和Neghabat…开展抗震结构优化设将多目标遗传优化算法与反应谱方法很好地结合起 计的开创性研究至今，国内外抗震结构优化设计的研 来，以结构的抗震强度需求能力比、抗震延性需求能力 究经过了近40年的发展历程。考虑到桥梁抗震优化 比、结构的初始材料造价为目标函数，以桥墩的截面特 设计的复杂性和特殊性，关于其抗震优化设计的研究 性、纵向钢筋配筋率和横向箍筋配筋率为设计变量，建 还不太多，采用遗传算法进行相关研究的文献就更少。 立抗震结构优化设计的框架体系和程序系统，全面权 Verma和Priestley[2o将钢筋混凝土圆柱桥墩看作单自 衡桥梁抗震设计中的各种关键因素，以很好地解决多 由度体系并采用反应谱法计算其地震响应，利用参数 地震水平下规则钢筋混凝土桥梁圆形单柱桥墩的抗震 化方法获得使结构材料费用最小的最优柱高、柱径、轴 设计问题。 压比和延性。李建中等¨1采用可行方向法对小震、中 1基于反应谱的延性抗震设计 震和大震作用下的减、隔震连续梁桥整体进行抗震优 化设计。Simoes等”o分别采用反应谱法和时程方法对 对于如图1(a)所示的单跨跨径不超过150ITI的规 三维斜拉桥模型进行非线性地震响应分析，运用信息 则单柱桥墩桥梁，由于反应谱分析的经济性和精度能 熵的概念将其多目标优化问题转化为无约束凸函数的 够达到合理的平衡，其无疑是进行该类桥梁地震响应 极小值问题，然后采用凸优化方法进行求解。谢楠 分析的较好选择。由于规则桥梁的桥墩高度和截面特 等”娟。分别以可靠度为优化约束和优化目标，考虑钢 性一般均相近，因此可以将单柱桥墩简化为如图1(b) 筋混凝土桥墩的延性性能并基于列车正常行驶极限状 所示的单自由度体系并按照延性构件来进行设计。 态的概念，采用改进的遗传算法对铁路桥梁进行抗震 可靠度优化设计。其它与桥梁抗震优化相关的研究要 ＼] [／ 么侧重于桥梁抗震修复优化设计1等方面，要么侧重 矫台 桥台 于桥梁抗震加固优化设计捧卅¨等方面。 桥墩 桥墩 挢墩 考虑到上述抗震结构优化设计的研究通常以抗震 需求、材料用量或结构造价为单目标进行优化，而以结 (b)桥墩的 构相应的抗震能力为优化约束，这