钢箱梁的优化设计分析-建筑与土木工程专业论文.docxVIP

5．4 通过提高屈曲应力来优化钢箱梁的分析 57 5．5 优化延伸程序的设计分析 58 5．6 优化过程中一些问题的分析 60 5．8 后屈曲性能的简介 62 5．9 钢箱梁设计的优化建议小结 63 第六章 结论与展望 64 6.1 关于本文的几点结论 64 6.2 今后需要解决的问题及展望 64 参 考 文 献 66 致 谢 68  PAGE 5  PAGE 4 第一章 绪 论 1.1 钢箱梁的结构特点及其在结构上的应用 钢箱梁由于采用高强材料,构件重量轻,强度高,运输安装简捷,是大跨桥梁的理想 桥型。钢箱梁用于桥梁的结构形式主要优点有桥式整体性好，外形美观大方，行车和行 走平稳，冲击性小，抗风性能好，结构轻巧，跨越能力大，施工便捷，工程造价适中。 在当代的建筑结构和交通工程设计中，钢箱梁的设计越来越被普遍采用。[26] 随着我国交通工程建设发展，国内近年来多是采用钢箱梁作为大跨桥梁的结构形 式。自从 1966 年英国 Severn 桥（主跨 988m 的悬索桥）第一次采用扁平钢箱梁作为主 梁以来，因其抗风稳定性能好、重量轻、工厂制造质量易于保证、安装和制造工期短等 优点，现已成为大斜拉桥和悬索桥的主流结构形式。近几年来，随着我国交通工程、高 速公路网的建设，已建成或在建的跨度超过 500m 以上的钢斜拉桥和钢悬索桥有 10 余座。 例如南京长江二桥（主跨 628m 钢箱梁??拉桥），钢箱梁截面高为 3.5 米，宽为 38.2 米。 托架钢箱梁块件长 7.25～7.5 米，最重梁段为 200 吨。世界第一大斜拉桥苏通长江大桥 ——南北主桥主跨之间的桥面由 69 块钢箱梁组成,每块钢箱梁长 16 米、宽 41.5 米、厚 度为 4 米,重达 400 多吨，是国内目前最大的单体钢箱梁。 同样随着市政工程建设发展，钢箱梁作为大跨度人行过街天桥的结构形式也广泛的 被采用。例如上海市在 2003 年就采用 40 米钢箱梁（主跨）作为过街天桥的结构形式（浦 东南路过街天桥），北京市 2004 年就采用了 44 米钢箱梁（主跨）作为过街天桥的结构 形式（北京太平桥大街过街天桥），沈阳市 2005 年也采用 49 米（主跨）钢箱梁作为过 街天桥的结构形式（沈阳农业大学过街天桥）。南京市在 2006 年用 50 米（主跨）的钢 箱梁作为亚东城过街天桥（50M 主跨）的结构形式。在城市轨道交通中钢箱梁也是其中 的一种结构形式，例如我国第一条商用磁悬浮运营线——上海磁悬浮轻轨线就采用了单 箱单室钢箱梁作为轨道梁约 60 根。我国规划的从北京到上海的京沪高速铁路干线主要 采用高架形式，也将采用大量的钢箱梁。随着技术的发展，钢箱梁的跨度越来越大，使 用也越来越广。 而且现在越来越多的新技术加入到钢箱梁的设计中去，例如预应力技术（哈尔滨市 工农兵桥），钢—混凝土混合箱梁（广东顺德新德业人行天桥）等，使钢箱梁的应用越 来越广。不仅在民用设计中在工业和特种设计中钢箱梁也是被屡屡采用，例如工业设计 中的大跨度吊车梁，大型体育场馆中的一些结构梁体。可以预计随着设计计算方法的发 展和钢产量的逐年增长，钢箱梁在建筑设计中的应用会越来越广。 1.2 结构优化设计概述及其分类 1．2．1 结构优化设计概述 结构设计作为工程设计的重要组成部分，一直受到人们的密切关注。一个优秀的 结构设计首先应确保工程结构具有足够的可靠性即满足工程结构的安全性以及适用 性和耐久性的要求。在此基础上，还应考虑方案的经济性，在可行设计方案中寻找最 优设计，从而做到经济实用。 在科学的结构分析方法诞生以前，结构设计是以模型试验和经验估算为主的原始 方法进行的，结构设计的主要目的也是简单的满足安全使用，由于没有正确的方法指 导，常常造成不必要的材料浪费。随着力学和材料科学的发展，结构工程师们逐渐掌 握了结构分析理论和方法并将之用于工程实践中，但在初期，由于理论的不完善和计 算手段的局限，结构设计仍是以倾向结构安全为主而较少兼顾方案的经济性。到了近 代，特别是运筹学，有限元分析的出现和计算机在工程中的日益广泛运用，结构设计 中寻求同时兼顾可靠性与经济性的方案已成为可能，结构优化设计作为理论由此孕育 而生。 所谓结构优化设计就是在满足各种规范或某些特定要求的条件下使结构的某些 广义性能指标(如重量，造价，刚度或频率)为最佳，也就是在所有可用的方案中， 按某种标准找出最优方案。在这种情况下，力学在工程设计中所起的作用便由过去的“分 析和校核”发展为“综合和优化” 。 结构优化设计从马克斯威尔理论(Maxwell, 1890)和米歇尔(Miche11,1905)桁架出 现起已有百年，从史密特(Schmit)用数学规划来解决结构优化设计算起亦有 40 余 年历史，特别