大跨度钢桁架拱桥结构可靠性优化设计方法研究

结构优化设计是从符合结构使用功能要求并满足结构强度、稳定性和刚度的所有可行设计中，相对设计者预定的标准，找出的最优方案，它使得设计者由被动的分析转变为主动的设计控制。目前，绝大部分的结构优化设计研究均是基于确定性结构参数。显然，此类优化设计无法反映出结构参数的随机性对结构设计结果的影响。本项目以最小结构用钢量为目标函数，研究基于可靠性约束的大跨度钢桁架拱桥结构尺寸优化问题。通过将均匀设计法、神经网络和遗传算法相结合，建立大跨度桁架拱桥结构可靠性优化设计新方法。本项目涉及工程结构学、结构优化设计、结构可靠性理论等多个学科，是对目前确定性优化设计方法的突破，研究成果将克服目前优化设计方法的理论缺陷，全面考虑结构中存在的各种不确定因素，为经济合理设计大跨度钢桁架拱桥提供理论依据；同时，促进学科间的交融，推动结构可靠性优化设计方法向更广的领域发展。

结构优化设计是从符合结构使用功能要求并满足结构强度、稳定性和刚度的所有可行设计中，相对设计者预定的标准，找出的最优方案，它使得设计者由被动的分析转变为主动的设计控制。目前，绝大部分的结构优化设计研究均是基于确定性结构参数。显然，此类优化设计无法反映出结构参数的随机性对结构设计结果的影响。本项目以最小结构用钢量为目标函数，研究基于可靠性约束的大跨度钢桁架拱桥结构尺寸优化问题。具体研究成果包括：建立了大跨度钢桁架拱桥可靠度优化模型；提出了大跨度钢桁架拱桥系统可靠度分析的混合方法。该方法融合了BP神经网络、均匀设计法及PCM算法的优点，可以精确方便地对桥梁结构系统可靠度进行分析。将神经网络、可靠度分析法和传统遗传算法各自的优点相结合，建立了大跨度钢桁架拱桥结构可靠度性优化设计实用算法。研发了大跨度钢桁架拱桥结构可靠性优化设计程序，并结合算例验证了程序的正确性和有效性。以重庆朝天门大桥(主跨552m钢桁架拱桥)为例进行了基于可靠度的大跨度钢桁架拱桥结构优化分析，证明了所建立的结构可靠性优化分析方法和开发的程序的实用性，为今后在基于可靠度的桥梁工程结构优化分析中推广该方法与程序奠定了良好的基础。这些研究成果克服了目前优化设计方法的理论缺陷，全面考虑了结构中存在的各种不确定因素，为经济合理设计大跨度钢桁架拱桥提供理论依据。