(19)中华 人民共和国 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 202111614109.0 (22)申请日 2021.12.27 (71)申请人 浙江交工宏途交通建 设有限公司 地址 310052 浙江省杭州市滨江区江陵路 2031号钱江大厦8-9 楼 申请人 浙江大学 (72)发明人 彭军安　王正军　傅建红　张鹤　 薛锟　方永伟　陈辉辉　吴江锋　 王强　张智华　鲍春钱　肖珊珊　 徐迎泉　赵博祥　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 代理人 贾玉霞 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01)G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种独塔单索面斜拉桥桥塔锚固区环向预 应力束配 置与优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种独塔单索面斜拉桥桥塔 锚固区环向预应力束配置与优化方法。 本发明提 出的方法以桥塔锚固区危险区域的拉应力大小 为优化目标， 以环向预应力束的张拉系数为优化 变量建立了优化模型， 利用智能算法对优化模型 进行求解， 从而改善锚固区的应力状况， 使环向 预应力束配置更加经济合理。 本发 明中采用的智 能算法结合并改进了遗传算法与蜂群算法， 改善 了遗传算法容易过早收敛到局部最优解的问题， 提高了算法的全局搜索能力； 本发 明中采用的优 化指标亦 可根据工程实际需要进行调整， 更好地 实现桥塔锚固区环向预应力束的配 置优化目标。 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 CN 114357577 A 2022.04.15 CN 114357577 A 1.一种独塔单索面斜拉桥桥塔锚固区环向预应力束配置与优化方法， 其特征在于， 所 述方法具体步骤如下： (1)在桥塔锚固区沿高度 方向设置若干环向预应力束以增强结构承受斜拉索索力产生 的水平拉力的能力， 为使桥塔塔壁在荷载作用下为受压状态， 建立整个桥塔的有限元模型 并进行试算， 初步得到环向预应力筋配置方案； 依据初步得到的环向预应力筋配置方案模 拟计算桥塔锚固区在不同工况下的应力分布状况， 针对环向预应力束配置导致的局部拉应 力过大现象， 执 行后续步骤开展预应力筋的张力优化； (2)对斜拉桥桥塔锚固区内部预应力筋进行分区， 将相邻的环向预应力筋归为一组， 并 对各组预应力筋设定张拉系数向量{a}， 张拉系数向量{a}的分量数量与环向预应力筋分组 数量相同， 张拉系 数代表张拉各组预应力筋 时实际张拉力与设计张拉力的比值， 各张拉系 数初始值均为1， 在以初始张拉系数{a}为中心的一定区间内生成初始张拉系数种群{a}i， i ＝1,2,3…n， n为所述初始张拉系数种群的种群大小； (3)通过有限元模型求解与各张拉系数向量对应的锚固区应力分布状况， 选取桥塔锚 固区危险区域代表性位置的拉应力σi的平均值为优化目标， 利用选取位置的第一主应力计 算得到与张拉系数{a }i对应的适应度fi， 由此建立 起优化模型 (4)采用遗传算法， 首先直接保留父代种群 中适应度最高的个体作为子代张拉系数， 目 的为防止较优解流失； 然后依据适应度在父代种群中进行n次随机选择， 在每次选择中， 张 拉系数个体{a}i被选中的概率Pi为其适应度在剩余所有个体适应度之和中占的比例， 表示 为 选择完毕后， 对被选中的个 体进行交叉和变异操作， 最终生成子代张拉系数种群； (5)判断是否达到设定的遗传算法迭代次数Nc， 若是， 则输出当前子代张拉系数种群作 为较优种群， 并执行步骤(6)转入蜂群算法阶段； 若否， 则步骤(4)生 成的子代张拉系数种群 将作为下一代子代种群的父代种群， 重复步骤(3)～(5)， 每重复一次遗传算法迭代次数N＝ N+1； (6)采用蜂群算法， 以步骤(5)得到的较优种群作为蜂群算法的食物源， 种群中每个张 拉系数向量代表一个食物源， 共有ns个食物源； 去除食物源中 的重复解， 并在 一定区间内随 机取值， 补充食物源数量变回ns个食物源； (7)引领蜂在每个食物源附近进行一次搜索， 随机生成一个新食物源{A}i， 向量{A}i中 各分量Aij的值由下式得到： Aij＝aij+φij(aij‑akj)                            (3) 式中， aij为旧食物源{a}i的向量分量， i表示第i个食物源， j代表第j组预应力筋， k为1, 2,3,…,ns中的随机生成数且k≠i， φij为[‑1,1]之间的随机数； 比较新食物源{A}i与旧食物源{a }i的适应度， 保留适应度更高的食物源；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114357577 A 2(8)若干跟随蜂按照式(2)的概率在所有当前食物源中进行选择， 每只跟随蜂对被选中 的食物源按照式(3)生成新的食物源， 在被选择食物源与所有由该食物源新生成的食物源 中保留适应度最高的食物源， 作为当前食物源； (9)比较当前各食物源的适应度， 得到当前的最优张拉系数， 与历史最优张拉系数比 较， 若当前最优张拉系数适应度更高， 则将其记录为历史最优张拉系数； (10)判断是否存在食物源经过Ms次迭代仍未发生改变， 若存在， 则舍弃所述食物源， 并 对剩余食物源执行步骤(4)～(10)， 产生新的食物源种群进行迭代计算； 若否， 则执行步骤 (11)； (11)判断是否达到设定的蜂群算法迭代次数Mc， 若是， 则输出历 史最优张拉系数， 结束 优化计算； 若否， 则重复步骤(7)～(10)； 每重复一次， 蜂群算法迭代次数M＝M+1。 2.根据权利要求1所述的独塔单索面斜拉桥桥塔锚固区环向预应力束配置与优化方 法， 其特征在于， 步骤(3)、 步骤(7)、 步骤(8)中的适应度计算公式为： 式(4)中σi为选取位置处的第一主应力， l为选择的位置的个数， ft为混凝土的设计抗拉 强度； 这些位置处的平均第一主应力越接 近ft则适应度越高， 表明对应的张拉系数越 优。 3.根据权利要求1所述的独塔单索面斜拉桥桥塔锚固区环向预应力束配置与优化方 法， 其特征在于， 步骤(4)中的交叉为单点交叉， 变异为基本位变异； 交叉概率PC的取值区间 为0.5～0.9， 变异概 率Pm的取值区间为0.01～0.1。 4.根据权利要求1所述的独塔单索面斜拉桥桥塔锚固区环向预应力束配置与优化方 法， 其特征在于， 步骤(2)中， 为保证张拉系数为合理值， 对各张拉系数在区间[0,2]内随机 取值， 生成初始张拉系数种群{a }i。 5.根据权利要求1所述的独塔单索面斜拉桥桥塔锚固区环向预应力束配置与优化方 法， 其特征在于， 步骤(6)中， 去除食物源中的重复解， 并在以最优张拉系数为中心 ±0.1的 区间内随机取值， 补充食物源数量变回ns个食物源。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114357577 A 3