遗传算法在深基坑支护结构优化设计中的应用研究

摘要

现在的深基坑支护结构设计,主要是设计人员参照类似工程选出几个初步方案,再通过软件进行校核,设计人员根据校核结果进行方案修改,直到设计方案满足稳定性要求为止。这种设计方法存在的缺陷是工作效率比较低,设计方案只能满足安全稳定要求,并不能保证设计方案是最优的。本论文通过对深基坑支护方案进行优化设计,使优化后的方案达到安全可靠、经济合理、适用性强的目的,最后结合石家庄国际会展中心的深基坑支护工程对优化结果进行实证分析。在保证深基坑支护方案可行性的前提下,使设计方案成本最低是本论文的主要研究意义。
　　采用遗传算法对土钉墙支护结构和悬臂式支护结构进行优化设计,主要利用MATLAB软件中的遗传算法工具包进行优化分析。简单阐述了遗传算法的内容和遗传算法的优化过程。使用MATLAB软件中的遗传算法对支护型式进行优化设计。土钉墙设计方案中的优化设计变量包括土钉道数、土钉竖向间距、土钉水平间距、土钉孔径、土钉直径和土钉长度;悬臂式支护结构的优化设计变量有桩体的间距、直径和配筋。在认真总结和分析支护体系设计计算方法的基础上,以工程造价为目标函数建立优化设计模型。在保证安全稳定的前提下,分析支护型式的各种参数对工程造价的影响程度,最终确定出经济合理、安全稳定的设计方案。
　　土钉墙优化后的设计方案中,土钉根数减少一根,土钉长度明显降低,单位工程造价降低18.4％,土钉的水平间距对土钉墙的工程造价影响显著,单位工程造价随着土钉水平间距的增大呈现先减小后增大的趋势。悬臂桩优化后的设计方案中,单位工程造价降低23%。悬臂式支护结构的工程造价随着桩水平间距和桩直径比值的增大而递减并趋于平缓。桩距与造价的关系:当悬臂桩水平间距xl<1.6时,悬臂桩支护结构造价下降程度为30%;当悬臂桩水平间距xl=1.7时,悬臂桩支护结构造价达到了最低值;当悬臂桩水平间距xl>1.7时,悬臂桩支护结构造价开始上涨。优化结果验证了遗传算法的可行性与优越性,为基坑支护设计阶段控制造价提供了科学依据。

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1 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的主要内容

1.4 研究的关键问题

1.5 研究步骤及技术路线

2 深基坑支护结构的优化设计

2.1深基坑支护结构设计中存在的问题

2.2遗传算法

2.3 土钉墙支护结构的优化设计

2.4 悬臂桩支护结构的优化设计

2.5 本章小结

3 深基坑优化设计的实际应用

3.1 实际工程案例概况

3.2 土钉墙支护结构的优化设计与分析

3.3 悬臂桩支护结构的优化设计与分析

3.4 本章小结

4 深基坑支护结构造价影响因素分析

4.1 土钉墙支护结构造价影响因素分析

4.2 悬臂桩支护结构造价影响因素分析

4.3 不同支护结构经济性分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢