自然界中,桥梁结构不但要承受静荷载的作用,还要承受动荷载的影响,许多桥梁在服役期间不可避免的受到外界环境的振动、冲击、干扰作用,如地震、风激、海浪、船舶冲撞等,造成结构动力损伤及破坏。为改善结构的静动力特性,确保它们在动力环境下安全可靠的工作,最为行之有效的办法就是进行结构的动力优化设计。本文以一座矮塔斜拉桥——大连长山大桥为工程背景,在学习总结有关桥梁静动力特性优化理论的基础上,对地震作用下长山大桥的动力优化问题进行研究。首先,在ANSYS中建立长山大桥空间有限元梁杆模型。然后采用响应面法以桥梁振型频率为优化目标,对初始有限元模型进行动力特性的优化设计。其次采用试验设计的优化法,以地震作用下的动力响应为优化目标,进行结构动力响应的优化设计。主要研究内容及结论如下:(1)根据长山大桥施工设计图纸,通过编制APDL参数化命令流,并借助AutoCAD强大的几何建模能力辅助建模,在ANSYS中建立全桥空间有限元梁杆模型。长山大桥属于高次超静定体系,受力状态复杂,在建模过程中,制定有效的策略对部分构件进行简化处理,极大的提高建模效率。(2)为得到与实桥静动力特性相一致的精准有限元模型,对初始有限元模型进行模型修正。采用响应面法及迭代优化法先后对长山大桥初始有限元模型动、静力特性进行修正。动力特性修正以振型频率为目标,以桥梁材料参数为设计变量,采用响应面法进行修正。静力特性修正以成桥静载索力为目标,以斜拉索预张力为设计变量,采用迭代优化法进行修正。模型修正效果很好,修正后振型频率与实桥审核报告频率值吻合,各拉索索力差异率显著降低。(3)结构动力优化与结构静力优化不同,动力优化前需先进行结构的动力响应分析。根据长山大桥地质环境分析,其近场区存在发生中强地震的地震构造条件,根据规范,在E1(常遇)地震、E2(罕遇)地震作用下,采用三组国际通用的地震波,EI-Centro波、Taft波、San Fernando波,设计12种地震动激励形式,研究桥梁的动力响应。长山大桥的地震时程响应分析通过ANSYS中的瞬态动力学分析进行计算。结果表明,在E1地震作用下,全桥均保持在弹性工作范围内。但在E2地震作用下,结构局部发生可修复的损伤,出现一定程度的破坏。并且不同的地震波输入方式对单方向的地震反应影响不同。(4)基于地震动力响应分析,采用试验设计的优化方法对长山大桥主要设计参数进行动力优化设计。对比优化前后的长山大桥在地震荷载作用下的结构响应,结果表明采用正交试验法进行结构的动力优化设计,在保证桥梁结构整体性不变的前提下,可以充分发挥结构自身潜能,减小桥梁地震动力响应。