基于粒子群算法的钢管混凝土减震框架优化研究

【摘要】钢管混凝土结构由于其构件竖向承载力高、施工方便以及综合效益高等优点,应用越来越广泛。目前很多学者对钢管混凝土结构构件承载力、梁柱节点连接、抗火性能以及抗震性能等方面进行了大量的研究,其中如何改善钢管混凝土结构的抗震性能是研究的一个重点,特别是近年来经历了几次大地震灾害后,人们对建筑结构的抗震性能的要求也不断提高。在钢管混凝土结构上设置耗能减震装置是提高结构抗震性能的有效方法之一。在设计耗能减震结构时,耗能减震装置的参数、数量和布置方法是影响结构抗震性能的重要因素。为了得到耗能减震装置合理的参数设置,充分发挥耗能减震装置的作用,有效改善结构体系的抗震性能,对钢管混凝土减震结构进行优化是必要的和有科学意义的。本文主要对基于粒子群优化算法的钢管混凝土减震框架的优化进行研究,主要工作如下：(1)对钢管混凝土结构以及粒子群优化算法的发展及研究现状进行了总结,并对粒子群优化算法应用于钢管混凝土减震框架优化研究的意义进行了分析。(2)根据钢管混凝土框架的特点,建立钢管混凝土减震结构的优化数学模型(包括设计变量的选择、约束条件的确定以及目标函数的建立)以及编写相应的结构分析程序和适用于钢管混凝土框架的粒子群优化算法、群搜索优化算法和遗传算法；并通过算例分析验证三种智能优化算法应用于钢管混凝土减震框架优化的可行性。(3)对粒子群优化算法的参数取值进行分析,研究粒子群优化算法应用于钢管混凝土减震框架优化的合理参数选择。(4)把粒子群优化算法与遗传算法进行结合,组成混合粒子群优化算法,使两种算法优势互补,发挥各自的优点。并把群搜索优化算法中游荡者引入到混合粒子群优化算法,组成带游荡者的混合粒子群优化算法。在EL-centro波作用下,分别采用混合粒子群优化算法和带游荡者的混合粒子群优化算法对钢管混凝土减震框架的耗能减震装置进行参数优化,确定耗能装置的参数设置,得出最优的钢管混凝土减震框架方案。分析结果表明：采用混合粒子群优化算法和带游荡者的混合粒子群优化算法对钢管混凝土减震框架的耗能减震装置参数进行地震波作用下的优化,能得到更优的耗能减震装置参数,且结构的最大层间位移角、最大梁柱弯矩值与优化前的结构相比得到减少。(5)采用混合粒子群优化算法分别对设置防屈曲耗能支撑和黏滞阻尼器的空间钢管混凝土框架的耗能减震装置的参数进行优化,并对优化前和优化后的结构进行分析,分析结果表明：采用混合粒子群优化算法优化后的结构的最大层间位移角、最大梁柱弯矩值和层间剪力均比优化前的结构小,且优化后的结构的阻尼器的耗能能力更优。
【作者】梁健伟；
【导师】任凤鸣；
【作者基本信息】广东工业大学，结构工程，2014，硕士
【关键词】粒子群优化算法；钢管混凝土减震框架；结构优化；防屈曲耗能支撑；黏滞阻尼器；

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