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预应力钢筋混凝土矩形渡槽是我国渡槽建设常用的结构形式之一,但是,随着渡槽结构规模的增大,渡槽纵、横向各承载构件之间受力的复杂性将随之增加,需要研究认识其中的变化规律,使各构件充分发挥其自身的受力特性,达到结构安全、经济、合理的设计目标。 结构优化设计作为一种寻找最优设计方案的技术,一直是结构设计理论和方法研究领域中的热门课题。通过结构优化设计才能使结构各部分材料受力分布达到合理的状态,从而使结构设计达到经济与安全的要求。因此,结构优化设计是结构设计的新发展、新成就,具有重要的工程意义和广阔的发展前景。 本文结合新疆尼勒克沟矩形预应力渡槽工程,对遗传算法的优化设计理论、优化前后的渡槽结构静、动力受力状态展开一系列的对比分析研究,其研究的主要内容如下: 1)预应力渡槽三维有限元非线性静力分析。通过利用大型商用有限元分析软件ANSYS对渡槽进行三维非线性静力分析,在渡槽无水、槽内设计水深及满槽水深(温升)和满槽水深(温降)四种工况下对渡槽进行三维静力计算分析,计算结果表明:渡槽结构优化前即原设计方案下,渡槽结构的应力、应变指标满足规范要求,并存在三向预应力钢筋及截面尺寸的优化可能性。 2)预应力渡槽三维有限元动力分析。利用ANSYS软件对渡槽进行单点响应谱分析,提取渡槽结构在渡槽无水、槽内设计水深及满槽水深三种工况下的前十阶模态分析及谱分析。计算结果表明渡槽原设计方案下能满足抗震要求,并通过对原设计方案的静、动力分析结果提出在设计中做到经济建槽,安全运行的优化方案。故对渡槽结构进行优化设计,使其结构尺寸及配筋更为合理。 3)采用改进遗传算法对渡槽结构进行预应力配筋量及截面尺寸的优化。简述了遗传算法的基本思想,提出改进遗传算法应用于本渡槽工程,编制了改进的遗传算法程序对本渡槽结构进行了优化。并再次利用ANSYS软件对优化方案进行静、动力三维有限元分析。通过对比原设计方案与优化方案的结构安全性能及经济效益的差异,得出优化方案较原方案在结构的安全基础上具有更优的经济性。