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《基于遗传算法的基坑桩锚支护优化设计_黄贵珍》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、资源与环境工程专辑桂林工学院学报Vol.20Sup.2000年5月JOURNALOFGUILININSTITUTEOFTECHNOLOGYMay2000文章编号1006-544X(2000)Sup.-0086-05*基于遗传算法的基坑桩锚支护优化设计黄贵珍周东(广西大学,广西南宁530004)摘要对遗传算法在基坑桩锚支护优化设计中应用所涉及的目标函数、适应函数、设计参数的选择、约束条件、编码、遗传算子及惩罚函数等问题进行了分析和讨论,给出了基坑桩锚支护优化设计的遗传算法实现,编制了基坑桩锚支护优化设
2、计软件系统。关键词基坑;桩锚支护;优化设计;遗传算法中图分类号TU47312;TP30116文献标识码AX在各种深基坑围护技术中,桩锚支护结构以其效果好、适应性强和施工简便等特点,在我国得到了广泛应用。桩锚支护的一般设计步骤为:¥选择支护桩类型(人工挖孔桩、钻孔灌注桩、预制桩)和锚杆层数(0,1,2,3层),即选择支护方案;¦初选支护结构各部分的尺寸和材料参数;§进行计算分析,内容包括:桩的嵌固深度验算,锚杆承载力验算,桩的结构内力计算,配筋计算等。通过计算对各部分的初选参数做出修改和调整,使之满足
3、各种验算要求;¨对比多个方案,找出造价最低的方案作为基坑支护的最终设计。通常设计者需要对设计参数进行多次调整,反复验算,才能使得各计算步骤均满足设计要求。但这样得到的设计参数往往只是一个/可行0解,而不是所有可行解中的最优解。对于每一种支护方案,其相应的设计参数有很多,它们都直接或间接地影响到工程的投资。因此,如何寻找一组最佳设计参数,以达到既经济又安全,是桩锚支护设计的一个重要问题。这是一个复杂的优化设计问题,采用传统的优化方法很容易陷入局部最优解,而遗传算法是一种可以有效克服局部最优解的优化方法
4、。故本文采用遗传算法对桩锚支护进行优化设计。1遗传算法的基本原理遗传算法GA(GeneticAlgorithm)是一种模拟生命进化机制的全局搜索优化算法,它基于达尔文生物进化论的适者生存原理,是由美国JohnH.Holland教授通过对生物进化过程进行模拟、抽象,建立[1,2]并发展起来的一种全局搜索优化算法。它基于生物进化论中适者生存优胜劣汰的原则,对包含可行解的群体反复使用遗传学的基本操作,不断生成新的群体,使种群不断进化,同时以全局并行搜索技术来搜索优化群体中的最优个体,以求得满足要求的最优解
5、。由于GA实现全局并行搜索,搜索空间大,并且在搜索过程中不断向可能包含最优解的方向调整搜索空间,因此易于寻找到全局最优解或准[3]最优解。1.1基本概念染色体(Chromosome)或个体是GA的操作对象,每条染色体代表求解问题的一个可行解,用向量X2000-04-03收稿。第一作者简介:黄贵珍(1957-),女,工程师,计算机应用专业。*国家自然科学基金资助项目(编号:59868001)。第20卷资源与环境工程专辑黄贵珍等:基于遗传算法的基坑桩锚支护优化设计87X来编码,向量的分量代表基因,它对应
6、可行解的某一决策变量。群体或种群(Population),是由一定数量的染色体组成的集合。它的个数叫群体规模,它描述了GA的搜索空间。初始化群体是指遗传算法中的第一代群体,也称为原始群体。而初始化群体的过程叫群体的初始化。适应度(Fitness)是以数值的方式来描述个体优劣程度的指标,在物理意义上对应着优化模型中的目标函数。平均适应度用来评判群体的优劣程度。繁殖(GeneratingNextPopulation)是由一代群体繁衍产生另一代群体的方式总称。在遗传算法中,由父代个体繁殖产生下一代个体是重
7、要的内容。目前,繁殖的方式主要包括选择(Reproduction)、杂交(Crossover)、突变(Mutation)等算子。选择算子是指在上一代群体中按照某些指标挑选参与繁殖下一代群体的一定数量的个体。杂交算子是指对优选后的父代个体进行基因模式的重组而产生后代个体的繁殖机制。突变算子是指模拟生物在自然的遗传进化环境中由于各种偶然因素引起的基因模式突然改变的个体繁殖方式。1.2基本操作编码操作是对问题的解进行编码,有位串编码,实数编码,有序串编码和结构式编码,它的选取很大程度上取决于问题的性质及遗
8、传算子的设计。本文选用实数编码。选择操作是根据各染色体的适应值,在群体中按照一定概率选取可作为父体的个体,选择的依据是适应值大的个体被选中的概率大。杂交操作是按照一定概率随机选择可作为父体的两条染色体,将某一点或多点的基因互换而产生两条新的染色体。变异操作是按照一定概率随机地改变染色体的基因值。2桩锚支护优化设计模型2.1设计变量的选取支护桩:桩的类型(Pt),支点数(Np),桩径(5),桩边距(S),嵌固深度(hd),砼强度等级(Pct),配筋方式(Ms),钢筋类别
