近年来，随着车辆数量的增加，对桥梁的要求也在增加。作为重要的道路连接部位，桥梁的安全性和舒适性受到重视，需要提高桥梁的设计施工等各个方面。作为桥梁中常见的结构形式，优化箱梁设计，大幅度降低工程成本，具有更高的经济效益。

1工程概况

某桥梁上部为变截面现浇钢筋混凝土连续箱梁，下部为桩柱式桥梁。该连续箱梁的跨度为53m。桥架设计要点有：该桥架整体位于直线平面内，连续箱架施工时的支撑方式为满堂支撑支撑，现场浇筑混凝土，桥架结构具有较好的整体性。这座桥是对称结构，研究时只选择一半结构进行研究。

2数学优化模型

有限元软件ANASY的主要优化方法有两种，一种是零级优化方法，这种方法靠近变量实现优化，一种是一级优化方法，这种方法要求一级偏差数实现变量优化综合上述分析，在该项目优化过程中，本文通过采用零阶段优化法获得大致优化区间，利用一阶段优化法进行比较准确的分析。

2.1设计变量

桥架设计变量如表1所示。

2.2制约条件

结构应力、变形、稳定性等制约是工程中常见的制约条件，桥梁结构在工作中符合设计要求，确保安全性。在本项目中，为了确保桥梁结构的安全和稳定，必须限制其挠度和应力的极限值。(1)纵向挠度允许值。连续钢筋混凝土梁在活载作用下其结构的竖向允许挠度值应满足边跨为L/800;中跨L/700(L为梁跨径)。结合本项目桥梁的跨度，纵向挠度允许跨度为边20mm的中间跨度为30mm。(2)应力允许值。这座桥的结构是钢筋混凝土的结构，但是为了使它在建模时变得简单，对它进行配筋处理，根据桥采用的混凝土等级，其最大压力为19.1MPa的最大拉伸应力为1.71MPa。

2.3目标函数

为了使桥梁结构更加经济合理，本文选择的优化对象是桥梁截面尺寸，将目标函数选定为桥梁体积，研究整体体体积受尺寸变化的影响，获得最佳的设计方案。优化一个设计时，在满足前提制约的情况下，必须获得与设计变量最小值对应的目标函数设计方案。这个设计方案是最好的设计方案。本文将目标函数选定为桥梁总体积，优化分析该目标函数，寻求满足前提条件的最佳设计变量，使桥梁保持最小体积、最佳成本。

2.4有限元分析结果

本文使用乘子法优化上述6个变量桥梁尺寸，优化过程中需要的反复计算共计64次，获得最佳解决，优化前后桥梁结构尺寸如表2所示。从上表可知，优化后的箱梁体积下降了10.30%，使材料的用量降低了51.45。箱梁结构优化后，既满足了安全性，又降低了工程成本，达到了更经济的目的。

3桥梁结构分析

3.1不同情况下的应力变形比较

本文主要讨论不同情况时，在三种负荷作用下桥梁的应力和变形。只有重力的箱子的最大位移出现在桥的中部，其值为5.610mm。由于篇幅的限制，本文直接给出其馀情况的位移状况。

3.2各情况下的应力分析

图1是情况下的第一主应力。从图1可以看出，工况一中在桥底有最大的拉伸应力，其值为3.5MPa。(因为在对桥进行建模处理时没有考虑钢筋单元，没有结合具体施工时施加的预应力，所以桥的拉伸应力比混凝土的拉伸强度稍大是合理的)，最大的压缩应力存在于跨边的位置，其值为-6.28MPa。同样可以得到其馀情况下的应力状况。在情况二中，桥底有最大拉伸应力，其值为3.5MPa，跨边缘有最大压力，其值为-6.42MPa的情况三中，桥中部有最大拉伸应力，最大拉伸应力为5.34MPa，最大压力为-9.67MPa的情况四中，桥边跨中部底部位置有最大拉伸应力，其值为5.34MPa，桥中部位置有最大压力，其值为-9.57MPa；

3.3优化后的应力变形结果和分析

桥梁优化设计中，不仅优化了最大压力和最大压力本文通过比较优化前后的应力和位移状况，讨论优化方案的可行性。(1)优化后的位移分析从图2可以看出，在重力、风负荷和车辆负荷的作用下，箱梁只在中间位置出现最大位移，其值为10.845毫米，中间位置的挠度允许值为30毫米，因此优化后的桥梁结构可以满足挠度的要求。(2)优化后的应力分析从桥梁的重力、风负荷和车辆负荷的作用来看，跨中位置桥梁底部位置的拉伸应力为6.16MPa，压力为-9.85MPa。

确保桥梁安全运行的重要因素是柔软度和应力符合设计要求，本文比较优化前后桥梁的柔软度和应力，观察是否符合要求。具体结果如表3所示。表3优化前后结果对比表工况四拉应力(MPa)压应力(MPa)位移(mm)优化前5．34－9．579．107优化后6．16－9．8610．845差值0．820．281．738从表3可知，优化前后的位移差值仅1.738mm，其挠度大小仍在允许范围内，桥梁仍能符合安全性要求。优化后的拉应力仅增加0.82MPa，压应力仅增加0.28MPa，对桥梁整体而言其变化并不大，仍处于允许范围内，因此，从位移及应力的角度分析，该种设计方案可行。

4结语

本文利用有限元分析软件ANSYS对箱梁进行建模分析，截面尺寸优化箱梁。在不同的情况下，与研究桥梁优化前后的应力和位移相比，优化后的桥梁应力和挠度可以满足安全要求，桥梁优化后的体积减少，经济实惠。