基于遗传算法的桅杆结构抗风优化设计方法研究

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1、？．‘．１１０７８分类号：学较代码：－２１１１３１６１６８ＵＤＣ级ｆ．：密８！学户州大学全日制（双证）硕ｉ学位论文题目＝基于遗传算法的跪杆结构抗风优化设计方法硏究学生类型：□全日制学术学位研究生、ｄ全日制专业学位研究生学位申请人：１吴孜莱教授＇导师姓名及职称；．学院（研究所）；止木工程学院王程、２０１３级学科专业（领域）、年级＝建筑与±木．、，－．二〇—五年六月论文提交日期；立、１１０７８分类号学校代码：２１１１３１６１６８ＵＤＣ密级学号：广州大学学位

2、论文（终稿）基于遗传算法的拖杆结构抗风优化设计方法研究Ｗ－民ｅｓｉｓｔａｎｔＯｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｎｏｆｉｎｄｐｇＧｕｙｅｄＭａｓｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅｂｙＧｅｎｅｔｉｃＡｌｏｒｉｔｈｍｇ王鹤学科专业；建筑与±木工程研究方向：工程结构抗风论文答辩日期；２０１５年６月３日於《指导教师：（签名）《笞辩委员会主席；（签名）笞辩委员会委员（签名）：广州大学学位论文原创性声明，本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下。，独立进行研究工作所取得的成果除文己经中已经注明引用的内容外，

3、本论文不含任何其他个人或集体发表或撰写过在的作品文成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已本中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由人承担。■学位论文作者签名：４！＾日期；年／月／日广］本人授权州大学学位论义版权使用授权书交论文广州大学有权保留并向国家有关部口或机构送的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权广州行大检学可＾＾将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进位论索文。，可ｙｘ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学学位论（保文密的学位论文在解密后适用本授权书）作者签名：日期：＞＾／年＾月分日导

4、师签名：木日期：子年式月＾日广州大学硕士学位论文基于遗传算法的桅杆结构抗风优化设计方法研究专业：建筑与土木工程硕士生：王鹤指导教师：吴玖荣摘要近年来随着我国通信事业日益发达，桅杆结构的工程运用越来越广泛。由于此类桅杆结构具有高柔、轻质、阻尼小等特点，风荷载成为此类桅杆结构设计的主要控制水平荷载。由于纤绳的存在，桅杆结构构件较长的长细比使得此类结构的几何非线性效应较明显，因此桅杆结构考虑几何非线性效应下的风致振动分析显得更为重要。另一方面，随着计算机科学技术与结构优化理论的不断结合，智能优化设计算法在近年来工程结构设计领域取得了广泛的运用。本论文以一高288m、四层纤绳牵拉

5、的桅杆结构为研究实例，把桅杆结构的风致效应分析理论和现代智能优化设计算法中的遗传优化算法相结合，对此桅杆结构在等效静力风荷载作用下的抗风优化设计方法，展开相关方面的研究。研究的内容主要从以下几个方面进行展开：1.在本文的第一章对桅杆结构风荷载的特点以及顺风向风致响应的计算方法作了简要介绍，分析了桁架类空间结构结构优化的发展历史和研究现状。对本论文需要用到的智能优化算法——遗传优化算法的应用背景作了简要介绍。2.在本文的第二章，以大型通用有限元SAP2000软件的应用程序接口（API）的MATLAB开发环境为依托，完成了桅杆结构的SAP2000有限元参数化建模。通过有限元软件S

6、AP2000，求解桅杆结构在考虑缆绳预拉力状态下的整体结构动力特性。利用SAP2000API对有限元模型信息及分析结果进行读取，并结合随机振动理论，用惯性风荷载法得到桅杆结构在顺风向作用下的等效静力风荷载。3.本文第三章对基本遗传算法的基本操作和实现步骤作了详细分析，对基本遗传算法的主要特点、主要不足作了简要介绍，并阐述了本论文所研究对象在风荷载作用下抗风优化设计的所具有的特点。论文的第四章以改进基本遗传算法的局限性为出发点，I基于遗传算法的桅杆结构的抗风优化设计研究对本文采用的改进的自适应遗传算法中，交叉及变异概率随适应度值的改变而调整的实现手法，以及进化过程中用于约束处理

7、的静态罚函数实现思路进行了分析。4.本文第五章采用前述的改进自适应遗传算法，展开桅杆结构在等效静力风荷载作用下的抗风优化的计算。为此，将桅杆结构的总重量作为最终的优化目标函数，以桅杆结构空间结构杆件的截面尺寸、纤绳的截面面积和初始拉力、纤绳在地面锚固位置作为优化设计变量，结构的杆件应力、结构顶部的水平风致位移作为优化设计的约束条件。通过引入罚函数法，得到修正的目标函数。通过求解适应度函数的极大值，使桅杆结构抗风优化设计达到最小结构重量的目的，最后对优化计算结果进行了分析和讨论。关键词：桅杆结构；遗传算法