基于遺傳算法的連續(xù)梁橋優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅可以降低結(jié)構(gòu)重量和材料成本，而且能夠改進(jìn)結(jié)構(gòu)的使用性能。自60年代以來，隨著有限元方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展它也得到了迅速發(fā)展。目前，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法還局限于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，但是傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對于全局優(yōu)化問題是較為困難的。對于橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，復(fù)雜且數(shù)目眾多的非線性約束條件的存在，會(huì)大大增加結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的求解難度。因此必須考慮新的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
　　基于生物進(jìn)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(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是其應(yīng)用的一個(gè)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用中還存在著諸如計(jì)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(jìn)行改進(jìn)以增加其可用性和可靠性。
　　論文的主要內(nèi)容如下：
　　1.在廣泛閱讀文獻(xiàn)和調(diào)研的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念、內(nèi)容、特點(diǎn)進(jìn)行了研究，總結(jié)了用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的常見優(yōu)化算法在對國內(nèi)外橋梁

3、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究和應(yīng)用狀況。
　　2.介紹了遺傳算法的基本原理、結(jié)構(gòu)和主要特點(diǎn)；對遺傳算法應(yīng)用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)的數(shù)學(xué)模型、約束條件處理、初始群體產(chǎn)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(shí)例，驗(yàn)證了采用遺傳算法解決工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行性和合理性。
　　3.分析遺傳算法在連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算中存在的不足，提出了針對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)采用準(zhǔn)精確懲罰函數(shù)法處理約束條件，提出了復(fù)合形法和遺傳算法相結(jié)

4、合的混合算法。通過優(yōu)化問題實(shí)例驗(yàn)證了改進(jìn)的遺傳算法，可更好地將其運(yùn)用于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算。
　　4.在現(xiàn)有研究、工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)鍵參數(shù)的取值范圍，為優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)變量的取值提供依據(jù)；并針對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題展開研究，建立了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，并對目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計(jì)變量和約束條件予以詳細(xì)闡述，對其中各量的意義及確定方法進(jìn)行描述；并給出預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)

5、梁橋程序化設(shè)計(jì)的優(yōu)化流程框圖。結(jié)合工程情況和理論分析，論證了采用遺傳算法用于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)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(xué)模型，利用遺傳算法實(shí)現(xiàn)優(yōu)化模型的求解，并借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。采用MATLAB結(jié)合VC語言編制具有友好的可視化界面的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋優(yōu)化計(jì)算系統(tǒng)，以提高本文提出優(yōu)化計(jì)算方法的計(jì)算效率和可推廣性。最后根據(jù)實(shí)例計(jì)算驗(yàn)證本文提出的優(yōu)化算法和編制的優(yōu)化系統(tǒng)的正