论文部分内容阅读
门式刚架结构在工业类的建筑中应用非常广泛,其设计一般先由设计人员根据设计经验,初步选定构件截面类型和截面尺寸,然后进行承载力、稳定性和变形验算,验算通过后即完成设计,一般并不进行方案比选和优化。由于设计人员的设计水平和设计经验的差距,同一工程项目不同人员进行设计时,其结构用钢量可能产生巨大差异。因此对门式刚架截面优化进行研究,寻找一种更加智能化的设计方法,为门式刚架截面优化提供设计工具,对降低工程造价,节约资源,减少设计人员的工作量,有着十分重要的意义,本文主要研究内容及结论如下:(1)基于有限元法,求解构件单元的刚度矩阵与等效结点荷载矩阵,采用单元集成法得出门式刚架整体刚度与等效结点荷载矩阵,建立了门式刚架的力学分析模型;(2)以各构件承载力、稳定性和变形等设计限值为约束条件,以钢材截面类型与截面尺寸参数为设计变量,以门式刚架各构件的总用钢量为目标函数,建立了门式刚架截面优化模型;(3)对遗传算法的种群编码方式及遗传算子进行改进,采用MATLAB软件编写改进的遗传算法主程序,同时编写基于小生境技术的子程序,和有限元法门式刚架力学分析计算子程序,并将其嵌套至主程序中,形成了基于改进遗传算法的门式刚架截面自动搜索优化程序,可以实现构件截面类型与截面尺寸的协同搜索;(4)采用PKPM软件,对本文基于改进遗传算法的门式刚架截面优化结果进行实例验证,优化结果满足各项约束限值条件的要求;同时将本文程序优化结果与PKPM软件中STP-PK截面优化结果进行对比分析,本文优化方法节省用钢量4.98%,优化效果更好;(5)进一步采用MATLAB中GUI工具箱,完成门式刚架截面优化的软件设计,为门式刚架截面的优化设计提供设计工具。