基于改進(jìn)復(fù)合形法的拱壩優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究與應(yīng)用.pdf

1、拱壩是一種應(yīng)力復(fù)雜、受地形地質(zhì)條件制約較大的空間殼體結(jié)構(gòu)，是一種經(jīng)濟(jì)性和安全性都很好的壩型。經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，我國(guó)在拱壩建設(shè)方面取得了很大的進(jìn)展，在拱壩的設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)的水能資源非常豐富，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，我國(guó)必將修建更多的拱壩。因而展開(kāi)對(duì)拱壩的優(yōu)化研究就更加具有現(xiàn)實(shí)意義。
　　 拱壩優(yōu)化屬于一個(gè)非線性規(guī)劃問(wèn)題，復(fù)合形法是求解決有約束條件的非線性優(yōu)化問(wèn)題的一種有效而重要的方法。目前，復(fù)合

2、形法已廣泛應(yīng)用于很多結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中。但該方法在許多方面也存在不足，比如計(jì)算操作不方便、計(jì)算效率亟待進(jìn)一步提高及搜索尋優(yōu)過(guò)程中沒(méi)有充分利用一些極好的信息等。此外，在快速構(gòu)造初始復(fù)合形、有效進(jìn)行一維搜索以及合理構(gòu)造新復(fù)合形等方面需要作進(jìn)一步的改善。本文中對(duì)此作了一些改進(jìn)：采用無(wú)界取點(diǎn)法構(gòu)造初始復(fù)合形；有效的構(gòu)造新復(fù)合形，即對(duì)初始復(fù)合形，通過(guò)好點(diǎn)策略搜索以構(gòu)造新復(fù)合形，而對(duì)之后每次所得新復(fù)合形，則利用壞點(diǎn)策略進(jìn)行搜索。并將改進(jìn)復(fù)合形法應(yīng)用于

3、進(jìn)行拱壩的體形優(yōu)化設(shè)計(jì)中。
　　 其次，基于Fortran語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了改進(jìn)復(fù)合形法的優(yōu)化計(jì)算軟件，完善了拱梁分載法應(yīng)力計(jì)算程序。以某三圓心等厚度拱壩為例對(duì)該程序的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明該程序是合理可行的。將其與罰函數(shù)法相互配合，直接搜索最優(yōu)解，在迭代試算中不必求導(dǎo)數(shù)，計(jì)算效率比一般復(fù)合形法高。
　　 最后，分別對(duì)不同類型的拱壩建立了改進(jìn)復(fù)合形法的優(yōu)化模型，并利用程序進(jìn)行了相應(yīng)的體形優(yōu)化設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果表明，經(jīng)改進(jìn)復(fù)合形法

4、優(yōu)化后，拱壩最大拉壓應(yīng)力均較優(yōu)化前有所降低，且壩體混凝土工程量都有不同程度的減少。由于改進(jìn)復(fù)合形法初始變量產(chǎn)生的隨機(jī)性或人為因素，結(jié)合工程實(shí)例對(duì)初始變量的選擇提出了幾點(diǎn)建議，由于拱壩的最大應(yīng)力一般由現(xiàn)在距壩高的1/3處附近，所以拱壩的中心角從壩頂往下可以先增大再減小，以滿足應(yīng)力約束。
　　 改進(jìn)復(fù)合形法有效的解決了拱壩優(yōu)化設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)變量多、數(shù)學(xué)函數(shù)和約束條件的高度非線性等難點(diǎn)問(wèn)題，可獲得較理想的拱壩體形。該優(yōu)化方法計(jì)算效率高、程