遗传算法在变截面门式刚架钢结构稳定优化设计中的应用

摘要

在进行门式刚架钢结构设计时，应在确保结构安全的前提下，使结构的用钢量最省、造价最低。因此，选择合理的截面尺寸成为门式刚架钢结构稳定优化设计的重要方面。本文利用遗传算法来确定门式刚架变截面尺寸，使其在满足强度、刚度、稳定性等要求的前提下，结构重量最小。 遗传算法是本文进行门式刚架稳定优化的重要手段，是模拟遗传选择和自然优选机理的生物进化过程的计算方法。基于Matlab语言，本文通过实数编码产生初始种群，构造了相应于实际优化问题的适应度函数，采用标准化几何分布的排序选择算子、算术交叉算子、非均匀变异算子等，以最大迭代次数作为运算终止的条件，来完成整个运算过程，并通过有约束函数的优化对编制的遗传算法程序进行了验证。针对遗传算法存在的缺陷，利用改进的自适应技术和小生境技术对其进行改进，并通过有约束函数的优化对编制的改进后的遗传算法的程序进行了验证。建立了门式刚架结构及其楔形单元的力学计算模型，采用等效刚度法计算门式刚架结构的内力。针对门式刚架钢结构稳定优化的目标，确定了设计变量、建立了目标函数、根据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程引入了约束条件。先对压弯构件进行了稳定优化设计，再对单跨双坡变截面门式刚架钢结构进行了稳定优化设计，结果表明了遗传算法优化的可行性和有效性。

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声明

第1章绪论

1.1遗传算法的起源与发展状况

1.2工程结构优化设计发展

1.3遗传算法在工程结构优化中的应用

1.4本文的主要工作

第2章遗传算法及其在Matlab平台上的编程

2.1遗传算法的基础理论

2.1.1遗传算法的寻优原理

2.1.2遗传算法基本术语

2.1.3遗传算法的基本步骤

2.2 Matlab语言实现遗传算法

2.2.1相关步骤

2.2.2遗传算法优化主程序

2.2.3有约束函数优化算例验证

2.3遗传算法在应用中的主要缺陷分析

2.4遗传算法改进及算例验证

2.4.1改进的自适应技术

2.4.2利用小生境技术

2.4.3改进后算法流程

2.4.4有约束函数优化算例验证

第3章门式刚架钢结构稳定优化设计要点

3.1荷载及效应组合

3.1.1荷载的种类和取值

3.1.2荷载组合

3.2门式刚架结构及其楔形单元的力学计算模型

3.2.1门式刚架结构的力学计算模型

3.2.2楔形单元的力学计算模型

3.3门式刚架结构的内力计算

3.3.1等效刚度法

3.3.2等效刚度法与有限元计算内力比较

3.4建立变截面门式刚架结构优化设计的数学模型

3.4.1确定设计变量

3.4.1确定目标函数

3.4.1引入约束条件

第4章门式刚架钢结构稳定优化设计算例

4.1压弯构件优化

4.1.1算例考核

4.1.2参数优化

4.2单跨双坡变截面门式刚架稳定优化设计

4.3小结

第5章结论与展望

5.1结论

5.2进一步工作的方向

致谢

参考文献

附录

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果