摘要
随着装配式建筑的不断发展，桥梁结构自重限制了其跨径的增加，传统桥梁结构已经无法适应需求。因此，如何减轻结构的自重、安排结构材料分布、探索新型桥梁构型，提高跨越能力，已经变成装配式桥梁结构设计所关注的重点，探索新型钢桥面板结构形式是我国交通基础设施建设的重大战略需求。 为解决以上问题，本文主要以钢箱梁桥正交异性板标准节段为例，以U形肋加劲板为研究对象，首先，通过ANSYS软件对其进行了静力特性分析，分析了不同工况下U形肋的受力特性和变形特点。 其次，采用AHP层次分析法确定3种工况的权重系数，建立了多工况拓扑优化综合评价函数，并对U形肋分别进行了单、多工况拓扑优化，并对二者的优化结果进行对比分析。 最后，对多工况拓扑优化后的模型进行参数化重构，并对其的细部结构进行尺寸优化。基于参数关联性分析筛选出关键设计变量，利用响应面法建立标准二阶响应面模型，利用ANSYS Workbench进行多目标遗传算法求解，获得设计变量的帕累托(Pareto)最优解。并且对优化后的模型进行3D打印缩尺试验，对比分析仿真和静力试验结果。 优化前后的对比分析，结果表明：在刚度满足使用性能的前提下，优化后的U形肋质量减少23%；由优化后U形肋组成的正交异性板在刚度基本不变的基础上有效减重150kg，且面板与横隔板的焊接处应力变小，使正交异性面板结构性能有所提升，实现了钢箱梁桥轻量化设计，有效提高桥梁跨径，为桥梁结构概念设计提供了新思路。
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