基于粒子群算法的鋼桁架拱橋優(yōu)化設計.pdf

1、近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對交通運輸能力的要求不斷增加，公路及橋梁的建設相應全面鋪開。鋼桁架拱橋以其造型美觀、剛度大、跨越能力強等特點，被視為理想方案。因此在保證滿足設計規(guī)范條件下，通過結構優(yōu)化減少鋼桁架拱橋的用鋼量，實際意義和經(jīng)濟價值都十分重大。
　　粒子群算法PSO是一種新興的群智能算法，是模仿鳥類覓食行為而得?；綪SO通過追蹤個體極值pbest和全局極值gbest尋優(yōu)，是一種多變量并行的迭代算法。粒子群算法具有收斂速

2、度快，操作簡單的優(yōu)點。本論文對鋼桁架拱橋的優(yōu)化就是基于該算法進行的。
　　本文以天津國泰橋為工程背景，國泰橋全長396..00m，其中主橋長度為172.38m，采用13.17m+146.00m+13.21m三跨中乘式鋼桁架拱梁組合體系。其跨度和結構形式都具有同類大跨度橋梁的代表性，通過對該橋進行優(yōu)化分析，具有一定的理論和實際意義。本論文的主要工作包括：
　　針對國泰橋的結構體系建立有限元二維桁架模型，并利用MATLAB實現(xiàn)其

3、程序設計。該程序是一個開放性模塊，輸入?yún)?shù)為結構優(yōu)化設計變量，輸出結果為結構狀態(tài)變量，如桿件應力和長細比等，為粒子群優(yōu)化算法提供結構分析工具。
　　基于PSO算法桁架拱橋的優(yōu)化設計分為三個層次，分別是尺寸優(yōu)化，形狀優(yōu)化和拓撲優(yōu)化。尺寸優(yōu)化只有一類設計變量，就是截面面積，是最簡單的優(yōu)化形式；形狀優(yōu)化耦合了截面面積和節(jié)點坐標兩類變量，桁架拱橋形狀的改變表現(xiàn)為節(jié)點位置的移動；尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化都沒有改變桁架拱橋節(jié)點或桿件的數(shù)量，拓撲優(yōu)化

4、通過改變節(jié)點數(shù)量來改變結構的拓撲關系，是以節(jié)點數(shù)量和截面尺寸為變量的組合優(yōu)化。
　　粒子群算法雖然具有收斂速度快，操作簡單的優(yōu)點，但同時也存在容易出現(xiàn)早熟收斂和后期搜索精度不高的缺點。為了克服粒子群算法的這些缺點，提出了“引入混沌變異項的擾動粒子群算法HRPSO”、“學習因子線性變化的粒子群算法XPSO”和“收縮變量的試探粒子群算法SPSO”三種改進粒子群算法，并將這些算法應用于國泰橋結構優(yōu)化設計。各種改進算法與實際工程相結合后，