(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210592256.0 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 中交第二公路勘察设计 研究院有限 公司 地址 430056 湖北省武汉市经济技 术开发 区创业路18号 (72)发明人 张子翔　朱玉　师少辉　欧阳泽卉　 (74)专利代理 机构 武汉宇晨专利事务所(普通 合伙) 42001 专利代理师 陈晓宁　王敏锋 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于数学优化算法的分离式钢箱组合 梁桥标准 化设计通用方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于数学优化算法的分 离式钢箱组合梁桥标准化设计通用方法， 包括： 步骤一、 确定经济性指标K1； 步骤二、 确定板材利 用效率指标K2； 步骤三、 确定截面优化设计所需 遵循的截面参数的约束条件； 步骤四、 确定优化 设计中迭代计算所需的初始截面 设计参数； 步骤 五、 分三个阶段进行钢桥截面的优化， 一阶段采 用经济性指标K1， 快速优化出截面形状、 尺寸和 板厚； 二阶段采用板材利用效率指标K2， 对板件 厚度沿梁长的分布进行优化； 三阶段是对前两个 阶段优化出的截面， 按照规范的要求进行验算， 最终确定能够满足规范要求的设计截面。 本发明 采用数学优化算法确定断面型式和尺 寸， 较少依 赖设计人员的工程经验， 可以使桥梁设计更科 学、 高效。 权利要求书2页 说明书14页 附图5页 CN 114818440 A 2022.07.29 CN 114818440 A 1.一种基于数学优化算法的分离式钢箱组合梁桥标准化设计通用方法， 其特征在于， 包括以下步骤： 步骤一、 假定钢梁为 等截面， 用钢梁 截面积表征钢梁的经济性， 确定经济性指标 K1： 式中， [A]为 最大截面积限值， As为设计方案的计算钢梁 截面积； 步骤二、 假定钢梁的板厚沿梁长按照一定规律进行变化， 以钢梁各板材的使用应力和 容许应力的比值， 确定 板材利用效率指标 K2： 式中， Vpi为各钢梁上、 下翼缘板件的体积， Vwi为各钢梁腹板板件的体积， V为钢梁所有 上、 下翼缘和腹板板件的总体积， σsi为各上、 下翼缘板件的轴向应力， τi为各腹板板件的剪 应力， fd为钢材的轴向应力限值， fv为钢材的剪应力限值； 步骤三、 需确定截面优化设计所需遵循的截面参数的约束条件， 包括： 板件应力约束条 件、 结构刚度约束条件、 几何约束条件、 经济性约束条件； 步骤四、 确定优化设计中迭代计算所需的初始截面设计参数； 步骤五、 分三个阶段进行钢桥截面的优化， 第 一阶段按照等截面的假定， 采用经济性指 标K1， 快速优化 出截面形状、 尺寸和板厚； 第二阶段采用板材利用效率指标K2， 对板件厚度沿 梁长的分布进 行优化； 第三阶段是对前两个阶段优化出的截面， 按照规范的要求进 行验算， 最终确定能够满足规范要求的设计截面。 2.根据权利要求1所述的基于数学优化算法的分离 式钢箱组合梁桥标准化设计通用方 法， 其特征在于， 在第一阶段的优化设计中， 在MATLAB数值分析软件中进行编程， 按照等截 面梁， 采用单梁模型进行计算， 仅考虑恒载以及车道荷载， 根据经济性指标K1优化出满足约 束条件的经济性 最好的截面型式。 3.根据权利要求1所述的基于数学优化算法的分离 式钢箱组合梁桥标准化设计通用方 法， 其特征在于， 在第二阶段的优化设计中， 根据第一阶段优化得到的截面型式， 确定多个 合理的板厚变化方案， 在MIDAS有限元软件中建立单梁模型， 仅考虑恒载和车道荷载， 计算 出各设计方案的板材利用率指标 K2， 然后根据K2的计算值， 从高到低进行排列。 4.根据权利要求1所述的基于数学优化算法的分离 式钢箱组合梁桥标准化设计通用方 法， 其特征在于， 在第三阶段的优化设计中， 根据第二阶段K2计算值排列的先后顺序， 依次 在MIDAS有限元软件中进 行结构验算， 直至某一方案验算通过时停止， 此时的方案 即为最后 确定的最优设计方案 。 5.根据权利要求1所述的基于数学优化算法的分离 式钢箱组合梁桥标准化设计通用方 法， 其特征在于， 所述的板件应力约束条件 包括： ①钢梁下缘拉应力约束条件： σs≤fd           (5) 式中， σs为钢梁下缘拉应力设计值， fd为钢材拉应力限值； ②钢梁上缘压应力约束条件：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114818440 A 2σs1≤fd1           (6) 式中， σs1为钢梁上缘压应力设计值， fd1为钢材压应力限值； ③钢梁腹板 剪应力约束条件： τ≤fvd             (7) 式中， τ 为钢梁腹板 剪应力设计值， fvd为钢材剪应力限值； ④混凝土桥面板上缘压应力约束条件： σc≤fcd                (8) 式中， σc为混凝土桥面板上缘压应力设计值， fcd为混凝土压应力限值。 6.根据权利要求1所述的基于数学优化算法的分离 式钢箱组合梁桥标准化设计通用方 法， 其特征在于， 所述的结构刚度约束条件 包括： ①组合梁整体刚度约束条件： f≤[f]   (10) 式中， f为钢梁跨中挠度， [f]为钢梁挠度限值。 7.根据权利要求1所述的基于数学优化算法的分离 式钢箱组合梁桥标准化设计通用方 法， 其特征在于， 所述的几何约束条件 包括： ①组合截面中性轴高度位于组合截面上、 底面之间： 0≤y0≤tb+h0+tf+hc                   (3) 式中， y0为组合截面中性轴相对于组合截面底面的高度， tb为钢梁下翼缘厚度， h0为钢 梁腹板垂直净高度， tf为钢梁上翼缘厚度， hc为预制板 板厚； ②钢梁截面中性轴高度位于钢梁 截面上、 底面之间： 0≤ys0≤tb+h0+tf                 (4) 式中， ys0为钢梁截面中性轴相对于钢梁截面底面的高度， tb为钢梁下翼缘厚度， h0为钢 梁腹板垂直净高度， tf为钢梁上翼缘厚度； ③钢梁下翼缘净宽的几何约束条件： 100≤b4≤b0‑2b2‑200   (9) 式中， b4为钢梁底部腹板外侧间距， b0为预制板板宽、 b2为钢梁腹板外侧至钢下翼缘边 缘距离。 8.根据权利要求1所述的基于数学优化算法的分离 式钢箱组合梁桥标准化设计通用方 法， 其特征在于， 所述的经济性约束条件 包括： As≤[A]   (11) 式中， As为钢梁截面积， [A]为钢梁 截面积限值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114818440 A 3