基于粒子群算法的鋼桁架拱橋優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對交通運(yùn)輸能力的要求不斷增加，公路及橋梁的建設(shè)相應(yīng)全面鋪開。鋼桁架拱橋以其造型美觀、剛度大、跨越能力強(qiáng)等特點(diǎn)，被視為理想方案。因此在保證滿足設(shè)計(jì)規(guī)范條件下，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化減少鋼桁架拱橋的用鋼量，實(shí)際意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值都十分重大。
　　粒子群算法PSO是一種新興的群智能算法，是模仿鳥類覓食行為而得。基本PSO通過追蹤個(gè)體極值pbest和全局極值gbest尋優(yōu)，是一種多變量并行的迭代算法。粒子群算法具有收斂速

2、度快，操作簡單的優(yōu)點(diǎn)。本論文對鋼桁架拱橋的優(yōu)化就是基于該算法進(jìn)行的。
　　本文以天津國泰橋?yàn)楣こ瘫尘?，國泰橋全長396..00m，其中主橋長度為172.38m，采用13.17m+146.00m+13.21m三跨中乘式鋼桁架拱梁組合體系。其跨度和結(jié)構(gòu)形式都具有同類大跨度橋梁的代表性，通過對該橋進(jìn)行優(yōu)化分析，具有一定的理論和實(shí)際意義。本論文的主要工作包括：
　　針對國泰橋的結(jié)構(gòu)體系建立有限元二維桁架模型，并利用MATLAB實(shí)現(xiàn)其

3、程序設(shè)計(jì)。該程序是一個(gè)開放性模塊，輸入?yún)?shù)為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，輸出結(jié)果為結(jié)構(gòu)狀態(tài)變量，如桿件應(yīng)力和長細(xì)比等，為粒子群優(yōu)化算法提供結(jié)構(gòu)分析工具。
　　基于PSO算法桁架拱橋的優(yōu)化設(shè)計(jì)分為三個(gè)層次，分別是尺寸優(yōu)化，形狀優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化。尺寸優(yōu)化只有一類設(shè)計(jì)變量，就是截面面積，是最簡單的優(yōu)化形式；形狀優(yōu)化耦合了截面面積和節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)兩類變量，桁架拱橋形狀的改變表現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)位置的移動；尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化都沒有改變桁架拱橋節(jié)點(diǎn)或桿件的數(shù)量，拓?fù)鋬?yōu)化

4、通過改變節(jié)點(diǎn)數(shù)量來改變結(jié)構(gòu)的拓?fù)潢P(guān)系，是以節(jié)點(diǎn)數(shù)量和截面尺寸為變量的組合優(yōu)化。
　　粒子群算法雖然具有收斂速度快，操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在容易出現(xiàn)早熟收斂和后期搜索精度不高的缺點(diǎn)。為了克服粒子群算法的這些缺點(diǎn)，提出了“引入混沌變異項(xiàng)的擾動粒子群算法HRPSO”、“學(xué)習(xí)因子線性變化的粒子群算法XPSO”和“收縮變量的試探粒子群算法SPSO”三種改進(jìn)粒子群算法，并將這些算法應(yīng)用于國泰橋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。各種改進(jìn)算法與實(shí)際工程相結(jié)合后，