近年來，隨著車輛數量的增加，對橋梁的要求也在增加。作為重要的道路連接部位，橋梁的安全性和舒適性受到重視，需要提高橋梁的設計施工等各個方面。作為橋梁中常見的結構形式，優化箱梁設計，大幅度降低工程成本，具有更高的經濟效益。

1工程概況

某橋梁上部為變截面現澆鋼筋混凝土連續箱梁，下部為樁柱式橋梁。該連續箱梁的跨度為53m。橋架設計要點有：該橋架整體位于直線平面內，連續箱架施工時的支撐方式為滿堂支撐支撐，現場澆筑混凝土，橋架結構具有較好的整體性。這座橋是對稱結構，研究時只選擇一半結構進行研究。

2數學優化模型

有限元軟件ANASY的主要優化方法有兩種，一種是零級優化方法，這種方法靠近變量實現優化，一種是一級優化方法，這種方法要求一級偏差數實現變量優化綜合上述分析，在該項目優化過程中，本文通過采用零階段優化法獲得大致優化區間，利用一階段優化法進行比較準確的分析。

2.1設計變量

橋架設計變量如表1所示。

2.2制約條件

結構應力、變形、穩定性等制約是工程中常見的制約條件，橋梁結構在工作中符合設計要求，確保安全性。在本項目中，為了確保橋梁結構的安全和穩定，必須限制其撓度和應力的極限值。(1)縱向撓度允許值。連續鋼筋混凝土梁在活載作用下其結構的豎向允許撓度值應滿足邊跨為L/800;中跨L/700(L為梁跨徑)。結合本項目橋梁的跨度，縱向撓度允許跨度為邊20mm的中間跨度為30mm。(2)應力允許值。這座橋的結構是鋼筋混凝土的結構，但是為了使它在建模時變得簡單，對它進行配筋處理，根據橋采用的混凝土等級，其最大壓力為19.1MPa的最大拉伸應力為1.71MPa。

2.3目標函數

為了使橋梁結構更加經濟合理，本文選擇的優化對象是橋梁截面尺寸，將目標函數選定為橋梁體積，研究整體體體積受尺寸變化的影響，獲得最佳的設計方案。優化一個設計時，在滿足前提制約的情況下，必須獲得與設計變量最小值對應的目標函數設計方案。這個設計方案是最好的設計方案。本文將目標函數選定為橋梁總體積，優化分析該目標函數，尋求滿足前提條件的最佳設計變量，使橋梁保持最小體積、最佳成本。

2.4有限元分析結果

本文使用乘子法優化上述6個變量橋梁尺寸，優化過程中需要的反復計算共計64次，獲得最佳解決，優化前后橋梁結構尺寸如表2所示。從上表可知，優化后的箱梁體積下降了10.30%，使材料的用量降低了51.45。箱梁結構優化后，既滿足了安全性，又降低了工程成本，達到了更經濟的目的。

3橋梁結構分析

3.1不同情況下的應力變形比較

本文主要討論不同情況時，在三種負荷作用下橋梁的應力和變形。只有重力的箱子的最大位移出現在橋的中部，其值為5.610mm。由于篇幅的限制，本文直接給出其馀情況的位移狀況。

3.2各情況下的應力分析

圖1是情況下的第一主應力。從圖1可以看出，工況一中在橋底有最大的拉伸應力，其值為3.5MPa。(因為在對橋進行建模處理時沒有考慮鋼筋單元，沒有結合具體施工時施加的預應力，所以橋的拉伸應力比混凝土的拉伸強度稍大是合理的)，最大的壓縮應力存在于跨邊的位置，其值為-6.28MPa。同樣可以得到其馀情況下的應力狀況。在情況二中，橋底有最大拉伸應力，其值為3.5MPa，跨邊緣有最大壓力，其值為-6.42MPa的情況三中，橋中部有最大拉伸應力，最大拉伸應力為5.34MPa，最大壓力為-9.67MPa的情況四中，橋邊跨中部底部位置有最大拉伸應力，其值為5.34MPa，橋中部位置有最大壓力，其值為-9.57MPa；

3.3優化后的應力變形結果和分析

橋梁優化設計中，不僅優化了最大壓力和最大壓力本文通過比較優化前后的應力和位移狀況，討論優化方案的可行性。(1)優化后的位移分析從圖2可以看出，在重力、風負荷和車輛負荷的作用下，箱梁只在中間位置出現最大位移，其值為10.845毫米，中間位置的撓度允許值為30毫米，因此優化后的橋梁結構可以滿足撓度的要求。(2)優化后的應力分析從橋梁的重力、風負荷和車輛負荷的作用來看，跨中位置橋梁底部位置的拉伸應力為6.16MPa，壓力為-9.85MPa。

確保橋梁安全運行的重要因素是柔軟度和應力符合設計要求，本文比較優化前后橋梁的柔軟度和應力，觀察是否符合要求。具體結果如表3所示。表3優化前后結果對比表工況四拉應力(MPa)壓應力(MPa)位移(mm)優化前5．34－9．579．107優化后6．16－9．8610．845差值0．820．281．738從表3可知，優化前后的位移差值僅1.738mm，其撓度大小仍在允許范圍內，橋梁仍能符合安全性要求。優化后的拉應力僅增加0.82MPa，壓應力僅增加0.28MPa，對橋梁整體而言其變化并不大，仍處于允許范圍內，因此，從位移及應力的角度分析，該種設計方案可行。

4結語

本文利用有限元分析軟件ANSYS對箱梁進行建模分析，截面尺寸優化箱梁。在不同的情況下，與研究橋梁優化前后的應力和位移相比，優化后的橋梁應力和撓度可以滿足安全要求，橋梁優化后的體積減少，經濟實惠。