基于遺傳算法的連續(xù)梁橋優(yōu)化設計方法與應用研究.pdf

1、結構優(yōu)化設計不僅可以降低結構重量和材料成本，而且能夠改進結構的使用性能。自60年代以來，隨著有限元方法和計算機技術的發(fā)展它也得到了迅速發(fā)展。目前，結構優(yōu)化設計方法還局限于傳統(tǒng)的數(shù)學規(guī)劃方法，但是傳統(tǒng)的優(yōu)化設計方法對于全局優(yōu)化問題是較為困難的。對于橋梁結構優(yōu)化問題，復雜且數(shù)目眾多的非線性約束條件的存在，會大大增加結構優(yōu)化設計的求解難度。因此必須考慮新的優(yōu)化設計方法。
　　基于生物進化理論的遺傳算法是近年來發(fā)展起來的一種新的智能優(yōu)化方

2、法，這種新的優(yōu)化方法在許多工程領域得到了廣泛應用，結構優(yōu)化設計是其應用的一個重要方面。但由于遺傳算法本身的一些不足，使得該算法在結構優(yōu)化設計的實際應用中還存在著諸如計算量大、收斂速度慢，容易陷入局部最優(yōu)解等問題，因此有必要對基本遺傳算法進行改進以增加其可用性和可靠性。
　　論文的主要內容如下：
　　1.在廣泛閱讀文獻和調研的基礎上，對結構優(yōu)化設計的基本概念、內容、特點進行了研究，總結了用于結構優(yōu)化的常見優(yōu)化算法在對國內外橋梁

3、結構優(yōu)化設計的研究和應用狀況。
　　2.介紹了遺傳算法的基本原理、結構和主要特點；對遺傳算法應用于結構優(yōu)化設計時的數(shù)學模型、約束條件處理、初始群體產生以及遺傳算法控制參數(shù)的選擇作了概要的分析和研究；并通過優(yōu)化問題實例，驗證了采用遺傳算法解決工程結構優(yōu)化設計的可行性和合理性。
　　3.分析遺傳算法在連續(xù)梁橋結構優(yōu)化計算中存在的不足，提出了針對預應力混凝土連續(xù)梁橋結構采用準精確懲罰函數(shù)法處理約束條件，提出了復合形法和遺傳算法相結

4、合的混合算法。通過優(yōu)化問題實例驗證了改進的遺傳算法，可更好地將其運用于預應力混凝土連續(xù)梁橋結構優(yōu)化計算。
　　4.在現(xiàn)有研究、工程經(jīng)驗的基礎上，總結預應力混凝土橋梁設計時關鍵參數(shù)的取值范圍，為優(yōu)化設計時設計變量的取值提供依據(jù)；并針對預應力混凝土連續(xù)梁橋上部結構的優(yōu)化設計問題展開研究，建立了預應力混凝土連續(xù)梁橋優(yōu)化設計的數(shù)學模型，并對目標函數(shù)、設計變量和約束條件予以詳細闡述，對其中各量的意義及確定方法進行描述；并給出預應力混凝土連續(xù)

5、梁橋程序化設計的優(yōu)化流程框圖。結合工程情況和理論分析，論證了采用遺傳算法用于預應力混凝土連續(xù)梁橋結構優(yōu)化計算的可操作性。
　　5.根據(jù)論文提出的優(yōu)化分析思路和己經(jīng)建立的優(yōu)化數(shù)學模型，利用遺傳算法實現(xiàn)優(yōu)化模型的求解，并借助計算機進行編程實現(xiàn)。采用MATLAB結合VC語言編制具有友好的可視化界面的預應力混凝土連續(xù)梁橋優(yōu)化計算系統(tǒng)，以提高本文提出優(yōu)化計算方法的計算效率和可推廣性。最后根據(jù)實例計算驗證本文提出的優(yōu)化算法和編制的優(yōu)化系統(tǒng)的正