斜拉桥索力优化方法综述
斜拉桥的索力优化
斜拉桥的索力优化斜拉桥索力优化简介一、斜拉桥得概况斜拉桥又称斜张桥,其上部结构由主梁、拉索与索塔三种构件组成。
它就是一种桥面系以加劲梁受弯或受压为主,支承体系以斜拉索受拉与主塔受压为主得桥梁。
斜拉索作为主梁与索塔得联系构件,将主梁荷载通过拉索得拉力传递到索塔上,同时还可以通过拉索得张拉对主梁施加体外预应力,拉索与主梁得结点可以视为主梁跨度内得若干弹性支承点,从而使主梁弯矩明显减小,主梁尺寸以及主梁重量也相应减小,大大改善了主梁得受力性能,显著提高了桥梁得跨越能力。
根据主梁所用建筑材料得不同,可将现代斜拉桥分为钢斜拉桥、混凝土斜拉桥、结合梁斜拉桥以及混合式斜拉桥等。
早期斜拉桥得主梁均为钢结构,其形式主要为双箱或单箱配以正交异性板。
随着技术进步,19世纪中期出现了第一座现代意义得混凝土斜拉桥,从此,混凝土斜拉桥进入了人们得视野。
混凝土斜拉桥得主梁与索塔一般由混凝土材料构成,为了提高主梁与索塔得适用性能,主梁可以优先采用预应力混凝土主梁,索塔可以釆用钢结构劲性骨架加强或环向预应力结构。
在密索体系混凝土斜拉桥中,拉索受拉,主塔与主梁以受压为主,可以充分利用钢丝或钢绞线优异得受拉能力与混凝土良好得受压能力,同时,斜拉索水平分力对主梁形成预压作用,提高了主梁得抗裂能力。
从设计方面瞧,既要考虑结构总体布置、结构体系选择得合理性,又要考虑釆用何种方法寻求成桥索力得最优解,还要考虑施工得便捷性、经济效益、社会效益以及美学功能等多种因素;从施工方面讲,既要确定合理得施工流程,设法寻求合理得施工初拉力,还要做好施工过程中施工参数得动态控制与调整等方面工作。
另外,在整个过程中,还要考虑设计参数变化、温度、徐变、几何与材料非线性以及施工方法等因素对设计与施工得影响。
二、斜拉桥索力优化方法斜拉桥就是高次超静定结构,其主梁、主塔受力对索力大小很敏感,而基于斜拉索索力可以调节得特点,我们可通过对拉索索力得调整来优化斜拉桥成桥恒载状态。
千米级斜拉桥空间非线性两阶段索力优化
千米级斜拉桥空间非线性两阶段索力优化我国桥梁建设历经十多年的快速发展，取得了世人瞩目的成就，正在由桥梁大国迈向桥梁强国，面对桥梁建设新的使命和机遇，自主创新和实施超越成为突出主题。
时下斜拉桥可谓最为流行，故而面临的挑战与机遇也就更多。
斜拉桥是主梁通过斜拉索支承在索塔上的现代桥型，其跨越能力强、结构刚度大、经济性好、适应性广。
上世纪50年代，这种桥型首先在西方国家出现。
70年代中期才传人我国。
斜拉桥跨径的不断突破始终是其发展的主题，也是工程技术难度的集中体现。
到2O世纪末，世界上最大跨径斜拉桥为主跨890米的日本多多罗大桥，我国最大跨径斜拉桥为主跨628米的南京长江二桥。
随着交通建设适应经济快速发展的需要，国内外跨越江河海湾、连接岛屿及大陆的长大桥梁陆续修建，而复杂恶劣的建设条件和较高的通航标准对斜拉桥突破千米跨径提出了迫切需求。
在此且只详细论述千米级斜拉桥空间非线性两阶段索力优化。
由于斜拉桥结构的受力特点,跨度大于500 m的斜拉桥通常采用钢主梁形式。
目前世界上已建成的斜拉桥主跨跨度排名前3 位的日本多多罗大桥(主跨890 m) 、法国诺曼底大桥(主跨856 m) 、中国南京长江二桥(主跨628 m) 的主梁结构均采用钢箱梁形式。
中国正在规划修建的苏通长江公路大桥(主跨1 088 m) ,其主梁结构亦采用封闭式流线型扁平钢箱梁,全焊连接。
对于超过千米的斜拉桥,目前还没有成功经验可以借鉴,随着斜拉桥跨度的增加,其结构刚度急剧下降,可能会出现一系列新的特殊力学问题,其中,超长跨度的斜拉桥在施工状态和成桥状态下的索力优化就是一个十分关键的问题。
倒拆法和正装迭代法是确定斜拉桥在施工状态下的合理索力的两种主要方法。
倒拆法在拆除合龙段时,常有不平衡杆端力的影响;由于结构的非线性效应,当施工步骤比较复杂时,几乎难以求得较为精确的解。
正装迭代法采用大循环的顺装分析来确定桥梁的合理施工线形 ,该方法克服了倒拆法的弊端,但由于没有对施工中的一些不利因素(如应力、变形) 进行约束,当设计变量较多或假定的初始值不合理时,会出现迭代不收敛的现象。
(完整版)斜拉桥施工索力张拉控制及优化
斜拉桥施工索力张拉控制及优化研究背景：随着经济和技术的发展，以及斜拉桥合理的结构形式，我国修建了大量的斜拉桥。
因此该类桥梁的施工控制就显得尤为重要。
国内外学者及工程技术人员对斜拉桥的施工控制进行了许多研究，提出了卡尔曼滤波法、最小二乘误差控制法、自适应控制法、无应力状态控制法等许多实用控制方法。
这些方法的实质都是基于对施工反馈数据的误差分析，通过计算和施工手段对结构的目标状态和施工的实施状态进行控制调整，达到对施工误差进行控制的目的。
施工控制的方法必须与各类斜拉桥设计、施工的特点相结合才能在确保结构安全及施工便捷的前提下切实可靠地实现控制的目标。
目前国内大多数斜拉桥的施工控制都是针对常规的混凝土斜拉桥进行的，其相应的控制方法也是针对常规混凝土斜拉桥的施工特点提出来的，本文着重阐述对于常规混凝土斜拉桥的施工控制过程中的索力张拉控制及优化方法。
斜拉索施工过程：斜拉索安装完毕，即进行张拉工作。
张拉前对千斤顶、油泵、油表进行编号、配套，张拉设备定期进行标定。
斜拉索正常状态按设计指令分2次张拉，第1次张拉按油表读数控制，张拉时4根索严格分级同步对称进行；第2次张拉是在监控利用频率法测完索力后，以斜拉索锚头拔出量进行精确控制。
施工监控包括对索力、应力、应变、线形、温度、主塔偏位的监控。
施工监控在凌晨气温相对稳定时进行，保证在凌晨5点前完成。
索力测试采用应变仪捕捉索自振频率，当测出索力误差超过2时，应对索力进行调整，直到满足要求。
索力调整完毕立即对应力、应变、线形、温度、主塔偏位进行测量。
可分阶段地进行张拉、调索。
在牵索挂篮悬浇时，在控制好挂篮底模标高后，在节段砼灌注过程中，当砼灌注至1/4、2/4、3/4，及砼灌注完后，均需进行调整索力及挂篮底模标高。
当主塔施工至与边跨合拢前、中跨合拢前和合拢后、二期恒载安装后均需按设计要求对全桥斜拉索进行统一检测调整，使全桥线型满足设计要求。
并在对每节段主梁悬浇进行监控时，对主梁最前端的5～6对拉索的索力进行测定，观察其变化幅度是否在设计范围内。
斜拉桥索力优化
斜拉桥索力优化斜拉桥索力优化斜拉桥成桥内力分布好坏是衡量设计优劣的重要标准之一，理想的成桥状态当属塔、梁在恒载作用下无弯矩或只有局部有弯矩，这种状态既可以减少收缩徐变影响、方便设计，又可以充分发挥各种材料的性能。
由于受到设计、施工中各种条件的限制，要求每座桥都满足零弯矩状态是不可能也不现实的，但无论怎样的斜拉桥，总能找到一组斜拉索力，它能使结构体系在恒载作用下，某种反应受力性能或用材指标的目标达到最优，求解这组索力就是斜拉桥成桥的索力优化问题。
1 斜拉桥索力优化实用方法目前资料中可查到的索力优化方法可归结为：指定受力状态的索力优化；无约束的索力优化和有约束的索力优化三大类。
1.1 指定受力状态的索力优化刚性支撑连续梁法是指成桥时斜拉桥主梁的恒载弯曲内力和刚性支撑连续梁的内力一致。
因此，可较容易的用连续梁支撑反力来确定斜拉桥索力。
零位移法是通过索力调整使成桥状态结构在恒载作用下，索梁交点位移为零。
对于满足支架上一次落架的斜拉桥体系，其结果和刚性支撑连续梁几乎一致（当轴向刚度→∞时）这两种方法用以确定主边跨对称的斜拉桥索力是有效的，但对于主、边跨不对称时，必将在塔中引起很大的不合理弯曲内力，失去了索力优化的意义。
1.2 索力无约束优化弯曲能量最小法是用结构的的弯曲余能作为目标函数。
弯矩最小法是以弯矩平方和作为目标函数。
这两种方法不能计入预应力索力影响，且只适用于恒载索力优化，计算时要改变结构的计算模式，比较麻烦。
1.3 有约束的索力优化用索量最小法是以斜拉桥索的用量(张拉力乘索长)作为目标函数，用关心截面内力、位移期望值范围作为约束条件。
运用这种方法，必须确定合理的约束方程，否则容易引出错误结果。
最大偏差最小法将可行域中的参量与期望值的偏差作为目标函数，使最大偏差达到最小。
这是一个隐约束优化问题，最后可变化为一个线性规划问题，这种方法既适用于成桥索力优化，也适用于施工中的索力调整优化。
1衡量斜拉桥受力性能的好坏一般并不能用单一的目标函数来表示，因此，才出现了以上各种索力优化法，他们都具有局限性。
斜拉桥索力张拉优化方法研究
总第３２０期交 通 科 技ＳｅｒｉａｌＮｏ．３２０ ２０２３第５期ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．５Ｏｃｔ．２０２３ＤＯＩ１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１ ７５７０．２０２３．０５．０１２收稿日期：２０２３ ０５ ０５第一作者：蒲洁（１９９４－），男，硕士，助理工程师。
斜拉桥索力张拉优化方法研究蒲 洁 李 江 王天琪 雍正阳 巩海周（中建八局西南公司 成都 ６１００４１）摘 要 针对斜拉桥建设工期紧、二次调索工作量大、张拉工作耗时较长等问题，提出一种索力张拉优化方法。
该方法以主梁上、下缘应力和成桥索力为控制目标，通过对主梁施加临时配重的方式，将二次调索方案转化为一次张拉到位，用以加快施工进度，提高工作效率，实现工程按时通车。
以某矮塔斜拉桥为工程背景，通过施工阶段有限元仿真分析，对所提方法的可行性进行验算，结果表明，成桥索力和施工阶段主梁应力均可达到合理要求，验证了所提方法的可行性。
关键词 矮塔斜拉桥 斜拉索 一次张拉到位 临时配重中图分类号 Ｕ４４８．２７ Ｕ４４１ 斜拉索作为斜拉桥的重要构件，在布置过程中其不同张拉方式会对斜拉桥线形及受力造成较大影响，合理的张拉方式不仅可以降低成本，更能使斜拉桥具有更高的安全性［１ ３］。
目前，常用的斜拉索张拉方式主要分为２种：①一次张拉到位，②二次张拉到位。
大部分斜拉桥索力的张拉使用二次张拉到位的张拉方法［４］，此张拉方式不仅有利于保证桥梁结构悬臂施工阶段控制截面的受力要求，且在保证线形的基础上通过二次调索可使成桥索力和结构内力最大限度地接近理想成桥状态［５］。
但此种斜拉索索力张拉方式存在工作量大、施工周期较长的问题，对于有工期要求的项目不太适用。
斜拉索力一次张拉到位方法就是在施工阶段只进行一次索力张拉［６］，但是为了使桥梁成桥之后达到理想成桥状态，此种斜拉索张拉方式会提供较大的一次张拉索力，这种过大的索力，对于自重较轻的桥梁，可能会导致悬臂施工阶段主梁下缘出现较大拉应力，影响结构安全，且这种方法的主梁线形监控压力大，成桥线形往往较差。
浅谈桥梁工程中无背索斜拉桥索力优化
浅谈桥梁工程中无背索斜拉桥索力优化摘要：本文作者结合自己多年的实际工作经验，结合某桥主桥工程实例，介绍了无背索斜拉桥主塔混凝土浇筑及斜拉索张拉方案的一种优化方法，并就相关问题提出了自己的看法和意见，仅供参考。
关键词：桥梁；斜拉桥；索力；优化Abstract: in this paper the author, based on his years of practical experience, the combined with a main bridge engineering examples, this paper describes the main tower is cable stayed back concrete pouring and stay-cables zhang pulled a scheme optimization method, and the related problems with it views and opinions, is only for reference.Keywords: bridge; Cable-stayed bridge; Cable force; optimization斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。
常规的斜拉桥在桥塔两侧均有斜拉索，恒载作用下塔两侧斜拉索水平力可保持平衡，主塔仅在活载及附加荷载作用下承受一定的水平力及矩弯，而与常规斜拉桥不同，无背索斜拉桥仅有单侧索，桥塔的受力表现为在斜拉索索力及自身重力的作用下的悬索梁。
无背索斜拉桥是对常规斜拉桥造型的突破，无背索后倾的塔身形状表现出对相对纤细的桥面强大稳固支撑的力量感，给人醒目深刻的感受。
为了确保主塔处于良好的受力状态，无背索斜拉桥的塔身一般都设计成倾斜的，依靠塔身的自身重力矩来平衡斜拉索的倾覆力矩，因此组成了梁塔结构的平衡体系。
斜拉桥索力的调整方法
斜拉桥索力的调整方法说实话斜拉桥索力的调整方法这事，我一开始也是瞎摸索。
我就知道索力要是不合适，斜拉桥肯定出问题，不是这儿晃就是那儿歪。
我最初试着按照一些书上的基本理论去操作。
那书上说要考虑桥梁结构的自重、活载等各种力的平衡。
我心想这不是跟搭积木一样嘛，得让各个部分承受的力均匀，索就像是拉住积木不让倒的小绳子。
可是实际做起来才发现，哪有那么简单。
按照理论算出的数据，一到实际调整就完全不是那么回事了。
比如说，我计算好这个索需要加到多少千牛的力，结果加完了索力一测，差得老远了。
后来我才意识到，计算模型和实际的桥梁有好多不一样的地方呢。
桥梁建在那儿，周围的环境不一样，材料的实际性能也没理论上的那么精确。
后来我又想，从桥的变形状态去倒推索力调整。
我就找了好多测量工具去精确测量桥的各个部位的变形。
这就好比是医生看病，先观察病人哪里肿了哪里凹了一样。
可是呀，桥的变形受太多因素影响了，温度、风力等等，一下子很难分得清哪些变形是索力不对造成的，哪些是外界干扰造成的。
有一次我刚测完一座斜拉桥的变形准备调整索力，突然一阵大风吹过来，再测一次数据完全变了，只好等风停了重新来。
再后来呢，我觉得应该从索本身的特性入手。
一根索拉久了会不会变松或者变长呢。
我就开始一个个检查索，这就跟检查鞋带一样，要是鞋带松了，系紧点就好。
可是索这么多，一个个查起来特别费劲。
但这个方法也不是完全没用，在查的过程中，我发现有些索确实存在一些磨损的迹象，那这索的索力肯定就有影响了。
我觉得一个比较靠谱的方法是分层分级调整。
把一侧的索先按照大概的位置或者功能分成几组。
先确定每组索大概的索力范围应该是多少，就像给一群人划分工作小组一样。
然后先对一个组进行微调，看看桥的整体反应。
这就好比调收音机的频率，一点点转动旋钮，听听声音是不是清晰了。
不过这样也不能保证一次就成，有时候一个组调整好了，再调整另外一个组的时候，前面的又受到影响了。
还有一个又笨又有效的办法就是实验性的调整。
斜拉桥设计中的结构优化方法
斜拉桥设计中的结构优化方法斜拉桥作为一种重要的现代化桥梁结构，在城市交通和交通运输中发挥着重要的作用。
斜拉桥的设计与结构优化方法一直以来都是桥梁工程领域的研究热点。
本文将探讨斜拉桥设计中的结构优化方法。
一、斜拉桥的结构与特点斜拉桥是一种悬索桥的一种变体，其主要特点在于有多组斜拉索与主梁相连接。
斜拉桥的结构设计可以使桥梁更加坚固和耐久，同时还能赋予桥梁更好的美观和灵活性。
斜拉桥结构与传统的悬索桥相比具有如下特点：1. 结构简洁：斜拉桥的主要构件是吊塔、主梁和斜拉索，与传统悬索桥相比，斜拉桥结构更为简洁，减少了建造和维护的难度。
2. 跨度大：由于斜拉索的加入，斜拉桥的跨度可以更大，能够适应更长的跨越河流、峡谷等自然地形。
3. 抗风性能好：斜拉桥的斜拉索可以起到抵御风力的作用，使桥梁在风力作用下更加稳定。
二、斜拉桥设计中的结构优化方法1. 拓扑优化拓扑优化是斜拉桥设计中的一项重要工作，主要是通过优化梁的布局和结构，以达到斜拉桥在整体性能、刚度和强度方面的最优解。
具体的方法包括约束优化和自由优化。
约束优化方法是在斜拉桥设计过程中，根据已给定的约束条件，通过计算机模拟和优化算法，改变桥梁结构的拓扑形态，以满足设计要求。
自由优化方法则是根据桥梁的空间位置和荷载的作用下，通过计算机模拟和遗传算法等方法，寻找最优的拓扑形态。
2. 材料优化材料优化是指选择合适的材料对斜拉桥的性能进行优化。
在斜拉桥设计中，材料的选择应注意考虑桥梁的自重、荷载、抗风性能、耐久性等方面的要求。
通过对材料的选择与桥梁结构进行匹配，可以使斜拉桥在使用过程中具有更好的性能和更长的使用寿命。
3. 斜拉索优化斜拉索是斜拉桥中起到连接主梁和吊塔的作用，它的优化设计对整个桥梁的性能至关重要。
在斜拉索的优化设计中，应综合考虑索的材料特性、索的形态、索的杆长、索的位移等因素。
通过合理的斜拉索优化设计，可以使斜拉桥的结构更加坚固和稳定。
4. 动力响应优化在斜拉桥设计中，特别是大跨度斜拉桥，对于桥梁的动力响应进行优化设计是极为重要的。
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斜拉桥索力优化方法综述
摘要：本文首先介绍斜拉桥索力优化的概念。
然后将斜拉桥索力优化基本方法按有约束和无约束两种范畴进行分类。
进而从数学、力学及工程应用角度分阐述斜拉桥索力优化方法的基本原理。
最后经过综合分析，找出各种索力优化基本方法之间的联系，为斜拉桥在具体数值分析及建造过程中提供指导和借鉴。
关键词：斜拉桥索力优化影响矩阵
1 引言
斜拉桥成桥状态恒载内力分布的好坏是衡量设计优劣的重要标准之一。
理想的成桥状态当属塔、梁在恒、活载作用下弯曲应力小且均匀的受力状态。
无论怎样的斜拉桥结构体系，总能找出一组斜拉索力，它能使结构在确定性荷载作用下，某种反映结构受力性能的目标达到最优。
求解这组最优索力，就是斜拉桥的索力优化。
2索力优化基本方法及原理
斜拉桥是高次超静定结构，斜拉索索力具有可调性，故斜拉桥的设计中存在一个通过优化成桥索力来优化成桥内力的合理成桥受力状态确定问题，即选择一组最优的索力是斜拉桥设计的关键。
在给定目标下，已有的寻求最优索力状态分析方法归结起来可分为两大类：无约束索力优化法和有约束索力优化法。
2.1无约束索力优化法
无约束索力优化法是设定某一目标，寻求一组索力来满足已设定的目标，此法仅关心反映受力性能的目标达到最优，而不关心索力的大小及分布。
无约束索力优化法主要包括：简支梁法、刚性支承连续梁法、零位移法、内力（或应力）平衡法、弯曲能量最小法及弯矩最小法。
（1）简支梁法
简支梁法是选择一组合适的斜拉索初始张拉力，使主梁结构的恒载内力与主梁以斜拉索的锚固点为简支支承的简支梁内力一致。
这种方法简单易算，但与实际情况相差太远，一般不宜采用。
（2）刚性支承连续梁法
刚性支承连续梁法以斜拉桥主梁在恒载作用下的弯曲内力呈刚性支承连续梁状态为优化目标，将主梁、索梁交点处模拟刚性支承进行结构分析，计算出各刚性支点反力，利用斜拉索索力的竖向分力与刚性支点反力相等的条件来确定最优索力。
（3）零位移法
零位移法是以结构在恒载作用下主梁和斜拉索交点的节点位移为零作为优化目标。
（4）内力（或应力）平衡法
所谓内力（或应力）平衡法不仅是恒载内力计算问题，也是选择斜拉索初张力的一种方法。
内力（或应力）平衡法的基本原则是，以控制截面内力（或应力）状态为优化目标，通过设计合适的斜拉索初张力，使斜拉桥结构各控制截面在恒载和活载组合作用下，上翼缘的最大应力与材料容许应力之比等于下翼缘的最大应力与材料容许应力之比。
（5）弯曲能量最小法
弯曲能量最小法是以结构的弯曲余能最小作为目标函数进行索力优化。
（6）弯矩最小法
弯矩最小法是以弯矩平方和作为目标函数进行索力优化。
索力优化问题就转化为式线性代数方程的求解问题。
2.2有约束索力优化法
有约束索力优化法是指在确定了总体优化目标的同时，又关心某些指定截面的内力、位移的优化方法。
有约束索力优化法主要有：限定索力法、用索量最小法、可行域法、最大偏差最小法和条件极值法。
（1）限定索力法
限定索力法是指使某种表现结构性能的目标函数取得最优解的同时，又考虑到索力分布应均匀而限定索力的大小范围。
这是一个有约束极值问题，用数学规划法可以解出满足索力约束条件下的弯曲能量最小时的施调索力。
（2）用索量最小法
用索量最小法是以索的用量（索力乘所长）作为目标函数，再增加索力均匀性、控制截面内力、位移期望值范围等约束条件。
使用该法时，必须合理确定约束方程，否则容易出错。
（3）可行域法
从控制主梁应力的角度看，索力过大或过小都有可能造成主梁上、下缘拉应力或压应力超限，故必定存在一个索力可行域，使主梁在各种工况下各截面的应力均在容许范围内，这就是可行域法的含义。
主梁截面的应力控制条件为：在结构自重和活载共同作用下主梁截面的上、下缘最大拉、压应力均不超限。
在主梁上施加预应力可增大可行域范围，调索最终的结果不仅应使主梁恒载弯矩全部进入可行域，而且索力分布应较均匀。
（4）最大偏差最小法
最大偏差最小法是将可行域中参量与期望值的偏差作为目标函数，使最大偏差达到最小。
这是一个隐约束优化问题，最后归结为一个线性规划问题。
该法适用于成桥状态和施工中的索力优化。
（5）条件极值法
条件极值法是指在优化整体内力的同时，还需指定某些关心截面上的内力为定值，则索力优化问题即为条件极值问题。
3综合分析
实际上，刚性支承连续梁法、内力（应力）平衡法、弯曲能量最小法、弯矩最小法等均可用影响矩阵的形式来表示，故均可归结为影响矩阵法。
4结语
通过介绍有关斜拉桥索力优化的若干种基本方法，比较和分析各基本方法之间的差异，以下几点可供借鉴：
（1）斜拉桥受力性能的好坏要根据实际结构来评价，并不能用单一的目标函数来统一表示，因此，前述各种索力优化法都有其局限性。
（2）本文介绍的刚性支承连续梁法、内力（应力）平衡法、弯曲能量最小法、弯矩最小法等均可用影响矩阵的形式来表示，均可归结为影响矩阵法，力学概念明确，实现程序化计算方便。
（3）在计算机程序化的条件下，影响矩阵法可自动计入预应力索的影响，使优化结果更趋真实。
（4）本文给出自选目标、权量和约束的索力优化方法，可以使设计者同时获得多重目标的最优索力及其构造内力状态，方便设计者对多种方案进行比选，具有较高的工程应用价值。
参考文献:
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