一种新的求解约束多目标优化问题的遗传算法

由于采用罚函数法将有约束多目标优化问题转化为无约束多目标优化问题会使求解不合理,因此,文章首先在无约束Pareto排序遗传算法的基础上,提出了一个简单、实用的能分别考虑目标函数和约束函数,而又可以避免采用罚函数的全新排序方法。接着,针对小生境技术在遗传后期依旧会出现遗传漂移现象和共享半径不易确定等缺陷,提出了一种易于实现的超量惩罚策略来替代小生境技术,用以改进种群的多样性。此外,还采用了Pareto解集过滤器、邻域变异和群体重组等策略对算法的寻优能力进行改进,并最终形成了一种求解有约束多目标优化问题的Pareto遗传算法(CMOPGA),还给出了具体的算法流程图。最后采用两个数值算例对算法的求解性能进行了测试。数值试验表明,采用CMOPGA可方便地求得问题的Pareto前沿,并能使求得的Pareto最优解集具有可靠、均布、多样等特点。

基于遗传算法的抗震钢框架多目标优化设计

考虑抗震钢框架优化问题具有多目标的特点,在遗传算法的基础上对抗震钢框架多目标优化设计进行了探讨．在无约束Pareto排序遗传算法的基础上,提出了一个简单、实用而又可以避免采用罚函数的全新排序方法,在此基础上形成了一种求解有约束多目标优化问题的Pareto遗传算法(CMOPGA),并给出了具体的算法流程图．以钢框架重量最轻和结构总动应变能最小为目标,基于相关的设计规范,给出了抗震钢框架多目标优化问题的一种合理提法．采用CMOPGA对一个两跨六层抗震钢框架实例进行了多目标优化设计,并提出了一个在Pareto最优解集的基础上选取妥协解的相对最小距离妥协原则．算例结果表明,采用CMOPGA求解抗震钢框架多目标优化问题是可行和有效的．

钢框架结构鲁棒性评估方法

结构鲁棒性体现了结构对局部破坏的不敏感性。为了定量评估钢框架结构的抗连续倒塌能力,提出一种适用于钢框架结构的鲁棒性定量评估方法。在综合考虑构件在结构能量流分布中的贡献和构件失效影响面积的基础上,给出构件重要性系数计算方法,为确定结构的最不利初始损伤模型奠定基础。探讨钢结构构件的承载能力冗余度,并结合构件应变能灵敏度,提出一个基于损伤模型的钢框架结构冗余度评估指标,该指标与构件的承载能力冗余度成正比,而与构件的应变能灵敏度成反比。从定义上对结构冗余度与结构鲁棒性之间的差异进行讨论,提出以结构最小冗余度作为评价结构鲁棒性能的观点。在此基础上,给出一种适用于钢框架结构的鲁棒性评估方法,同时对该方法的适用范围进行分析。最后,通过一个8层空间钢框架结构算例验证所提出的钢框架结构鲁棒性评估方法的可行性。

半刚性钢框架结构分析与性能研究

推导了考虑连接柔性和几何非线性的局部坐标下的单元刚度矩阵，并对半刚性连接单元的固端力进行了修正；采用增量加载法中的修正Newton—Raphson法，给出了考虑连接柔性、框架的几何非线性和单元内力与连接之间耦合效应的半刚性钢框架结构分析计算机流程。采用Frye和Morris的奇次方多项式模型来模拟连接的M-O曲线。最后根据算例对有侧移和无侧移半刚性钢框架的性能做了初步的探讨，结果表明：1）半刚性连接会明显加大有侧移钢框架的侧向位移和结构的二阶效应；2）半刚接对梁柱的轴力和剪力影响都不大，但对梁柱的弯矩影响则较大，半刚性连接会减小无侧移钢框架的柱脚弯矩而增大有侧移钢框架的柱脚弯矩，但无论是无侧移还是有侧移钢框架，半刚性连接都会增大梁的跨中弯矩；3）当连接转动刚度Rk在1．0×10^8～1．0×10^11（N·mm／rad，以下同）之间时，连接呈现出较为明显的半刚性特性，而当Rk〈1．0×10^8或Rk〉1．0×10^11时，连接的半刚性特性并不明显，可直接将其看作铰接或刚接以简化计算。

基于遗传算法的离散型结构拓扑优化设计

采用遗传算法求解包括桁架结构和框架结构的离散型结构拓扑优化问题。在遗传算法的基础上,通过引入拓扑变量并修改被删除杆件的材料弹性模量,提出了一个受多工况荷载作用,能同时考虑应力、稳定及位移等约束的离散型结构拓扑优化问题统一数学模型。该模型不但能同时适用于桁架结构和框架结构等离散型结构拓扑优化问题,而且还能解决奇异最优解问题。结合上述统一数学模型和遗传算法,给出了求解离散型结构拓扑优化问题的优化方法。算例结果表明,采用该文提出的拓扑优化方法可有效、方便地对桁架结构、框架结构等离散型结构进行拓扑优化设计。

遗传算法在钢结构截面优化设计中的应用

将遗传算法应用于钢结构截面优化设计问题的求解;并在此基础上建立了钢结构截面优化数学模型库,通过调用不同的钢结构截面数学模型,可方便地对各种钢结构截面进行优化设计。算例结果表明,该优化算法用于钢结构截面优化设计是有效可行的。

结合梯度法的混合微粒群优化算法

在微粒群优化算法PSO中引入梯度算法,提出了一种新型的混合微粒群优化算法———GPSO。该混合优化算法是对PSO每一次进化后的所有微粒进一步执行梯度法寻优操作,并以寻找到的更优个体替代当前个体参与群体的下一代进化。GPSO既利用了PSO出色的全局搜索能力,又借助梯度法的快速局部寻优能力,很好地将两者的优势结合在一起。数值实验表明:无论是对于低维的多峰函数,还是高维的多峰和单峰病态函数,GPSO都表现出很强的优化效率、适用性和鲁棒性。

大型结构大修改下的静力重分析方法

对于大型结构发生参数大修改时,采用组合近似算法进行结构位移重分析会使所得的近似解与真实解误差较大.为了解决组合近似算法在大型结构发生参数大修改时的求解精度不足缺陷,提出了3种改进的结构静力重分析方法.该3种改进算法都是基于组合近似算法,并分别通过位移迭代修正、刚度逐步逼近等措施使求解精度不断提高.通过2个算例验证了3种改进算法的有效性和高效性,并对3种改进算法之间的求解效率进行了比较.

半刚性钢框架优化设计研究

推导了考虑连接柔性和几何非线性的局部坐标下的单元刚度矩阵,并对半刚性连接单元的固端力进行了修正;其次,采用增量加载法,给出了考虑连接柔性、框架的几何非线性和单元内力与连接之间耦合效应的半刚性钢框架结构分析计算机流程;按照GB50017-2003《钢结构设计规范》和实际施工的要求,建立了考虑构件和连接最小费用问题的半刚性钢框架优化数学模型;然后,在遗传算法和半刚性钢框架结构分析流程的基础上,给出了半刚性钢框架优化设计步骤;根据算例,对半刚性钢框架优化设计做了初步的探讨。

扩孔型端板连接新型钢结构节点骨架曲线模型

探讨了一种采用扩孔连接的新型钢结构端板节点骨架曲线模型。首先,基于试验骨架曲线,提出了用四折线模型简化描述该类新型节点骨架曲线的方法,该四折线分别对应节点受力过程中的弹性、滑移、承压弹性以及承压弹塑性等四个不同阶段;然后,通过理论和实验数据分析,确定了该骨架曲线简化模型中的关键参数。对比结果表明,所建立的骨架曲线计算模型与试验曲线吻合良好,可以用来预测该类型节点的受力全过程。

扩孔型端板连接新型钢结构节点恢复力模型

建立了一种采用扩孔连接的新型钢结构端板节点恢复力模型。首先在分析节点试验滞回曲线规律的前提下,将节点滞回曲线分解为弹性段、滑移段和滑移承压段三个不同的简化模型,并提出相应的滞回规则;然后应用数值分析与拟合等方法确定了简化滞回模型中的各关键特征参数,并结合已有的骨架曲线模型建立了该新型节点的恢复力模型。通过与试验滞回曲线的对比,验证了新型节点恢复力模型的准确性。该恢复力模型计算简单、滞回规则清晰,可为扩孔型端板连接新型钢结构节点在地震区的应用提供理论依据。

组合双轴对称工字形钢梁截面优化设计

提出双轴对称钢梁截面设计中判别强度控制和刚度控制的临界跨高比的概念,并推导了组合双轴对称工字形钢梁在不同腹板高厚比下的腹板高度与截面模量、截面惯性矩的关系式。在此基础上,给出了组合双轴对称工字形钢梁截面的优化设计步骤,并根据算例对优化设计步骤进行验证。算例结果表明,该优化步骤是快速与准确的,优化效果明显,可方便地应用于组合双轴对称工字形钢梁截面的设计。

钢屋盖结构全自动优化设计系统

介绍了基于钢屋架设计标准图而开发的一套钢屋盖结构全自动优化设计系统 .该系统不但对截面进行了优化设计 ,而且还借助于节点模的思想实现了施工图的输出功能 .由于该系统是对标准图的进一步拓展 ,所以具有广泛的应用和推广前景 .

钢管混凝土拱桥强健性设计

为解决中、下承式钢管混凝土拱桥桥面系强健性不足的问题,从概念设计和结构设计的角度提出强健性设计的要点。总结结构强健性的概念及其在桥梁工程中的应用,按严重程度将拱桥断索事故分为三级,据此提出吊杆不破断、桥面系在吊杆破断时不落梁的强健性设计要求。基于强健性将不同结构的桥面系分为五类,在此基础上对桥梁主结构的强健性设计提出建议:对于吊杆,应进行强健性设计对应的破坏安全极限状态设计计算;对于第四类桥面系,其加劲纵梁需要具备足够的刚度与承载力;对于刚架系杆拱,应加强系杆的强健性设计,并应使下部结构具有足够的抗水平推力的安全储备。

混杂纤维复合材料及其在混凝土梁柱加固中的应用研究

首先简要综述混杂纤维复合材料的特点 ,然后介绍开展的层间混杂玻璃纤维布和碳纤维布加固混凝土梁、柱的试验研究情况。说明相对碳纤维布加固方法 ,混杂纤维布加固法既能在保证承载力的前提下提高构件的延性 ,又能显著降低加固成本。

混杂纤维布加固混凝土梁的试验研究

本文首次提出混合采用玻璃纤维布和碳纤维布对钢筋混凝土梁进行加固的思路 ,并开展了对比试验研究。结果表明相对碳纤维布加固方法 ,混杂纤维布加固法既能提高构件的延性 。

桥梁抗倒塌能力鲁棒性设计研究

从设计人员的认识水平和设计责任等方面分析了桥梁事故中存在的人为因素。通过吸取已有桥梁事故的经验教训,从结构方案和构造措施两方面对如何提高桥梁的抗倒塌能力、保证桥梁的整体牢固性(即鲁棒性)提出了若干设计建议。研究对提高桥梁的抗倒塌能力、帮助设计人员增强桥梁设计中的安全防范意识具有很好的实际指导价值。

MATLAB优化工具箱在钢结构截面优化中的应用

利用MATLAB优化工具箱对钢结构截面进行优化 ,具有结果可靠、方便快捷等优点。通过对单、双轴对称组合工字形梁截面的优化结果的分析 ,提出了在不同情况下 ,该两种组合工字形梁各自的适用条件。

钢结构课程教学方法探讨

为了培养符合钢结构市场需求的专门人才,必须对钢结构课程的传统教学方法进行改革,从提高学生学习兴趣、能力和素质等方面对钢结构教学方法进行了探讨,旨在改进传统教学方法、提高教学质量、培养适应社会发展的钢结构人才。

混凝土收缩与楼板裂缝

本文在收缩和裂缝成因分析的基础上,通过对多个工程项目进行调查和实际工程试验,总结了一套系统控制楼板裂缝的措施。