基于可靠度的桥梁结构动力优化设计

来源：计算力学学报杂志2024年第6期北京时间：

作者：黄海新,吕亚伦,程寿山

单位：河北工业大学 土木与交通学院, 天津 300401,河北工业大学 土木与交通学院, 天津 300401,交通运输部公路科学研究所 桥梁结构安全技术国家工程实验室(北京), 北京 100080

摘要：针对桥梁结构所受动荷载具有不确定性的问题,基于模态叠加法推导了动力响应的数字特征,利用一次二阶矩法建立结构的动应力可靠度约束函数,并对其进行显示化处理,分别建立了以频率、动位移和动应力可靠度为约束的动力优化设计数学模型,并基于Matlab平台编制了相应的优化程序。算例测试结果表明,动力优化准则法、粒子群算法和灰狼算法均能在同时满足动力性能和应力可靠度约束条件下使结构整体质量目标函数获得最优值,其中PSO收敛性和稳定性好,DOC迭代次数少,且优化后构件可靠度相较于传统动力优化设计提升超过70%。同时发现,为确保面临较大不确定性时结构的可靠度指标不降低,结构优化后的质量会随着荷载幅值变异系数的增大而有所增加。本文方法可为桥梁结构受外界随机激励下的动力优化设计问题提供理论指导。

关键词：结构动力优化设计,动力特性,动力响应,桥梁结构,结构可靠度,

基金资助：天津市交通运输科技发展计划(2021-29,2023-48);桥梁结构安全技术国家工程实验室开放课题(2019-GJKFKT;2021-GJKFKT)资助项目.