陶元芳，叶青林，范小宁，师 玮

（太原科技大学 机械工程学院，山西 太原 030024）

1 引言

桥机金属结构优化设计往往只追求结构轻量化，其最优解常常把强度、刚度和稳定性的许用值用到极限，这样做不能确保结构是否安全，而工程设计人员一般都留有一定的设计裕度[1]。而实际工程设计中，一般留有一定的安全裕度，而不采用优化设计的最优解。引入了应力水平来定量的衡量设计裕度，如式（1）所示，用可靠度来衡量结构是否安全。通过采用不同的设计裕度，分别对桥机金属结构进行优化设计，并对优化结果进行可靠性分析，研究了应力水平对桥机金属结构优化设计及可靠性的影响。

式中：σ—广义设计应力，表示危险截面验算点强度、刚度、稳定性的实际值；［σ］—广义许用应力，表示强度许用值、刚度许用值、稳定性许用值；η—广义应力水平，表示设计时广义许用应力的最大使用比例。

2 桥机金属结构的优化设计模型

2.1 设计变量

图1 主梁、端梁截面简图Fig.1 The Section Diagram of Main Girder and End Girder

以主梁和端梁截面参数作为设计变量，如图1所示，共有12个设计变量：主梁翼缘板宽度B、主梁上翼缘板厚度d1、主梁下翼缘板厚度d2、主梁主腹板厚度d3、主梁副腹板厚度d4、主梁腹板高度H，端梁上翼缘板厚度d5、端梁下翼缘板厚度d6、端梁左腹板厚度 d7、端梁右腹板厚度d8、端梁腹板高度H1。定义向量X为所有设计变量组成的向量，则：X=（d1，d2，d3，d4，H，B1，d5，d6，d7，d8，H1）

2.2 约束条件

2.2.1 主梁约束条件

设垂直载荷与水平载荷在主梁第i（i=1，2，…，6）个验算点的应力分别为 σix、σiy。

（1）静强度约束。主梁跨中①点最大自由弯曲正应力约束：