基于蚁群算法的钢结构次应力反演分析与优化设计研究

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随着国民经济持续高速发展,市场经济的发展也不断成熟,钢结构应用的领域有了较大的扩展,其将成为钢筋混凝土结构主要竞争对手。钢结构的次应力问题在实际工程中通常采用限制其值大小的做法,在一些特性结构中显得尤其不合适,比如大跨度的钢屋架结构,其失稳破坏很大一部分是由于次应力过大导致。本文就是基于上面的背景,采用了最常见的30米跨度的钢屋架结构作为研究对象,采有限元程序ANSYS10.0,并用ANSYS的APDL语言编制程序来模拟计算钢结构的次应力。由于影响结构次应力的因素多而复杂,为了将复杂的问题简单化,本文通过采用了建立不同单元模型结构来模拟是否考虑弯矩的影响。经过整理分析,最后得出的主要结论是:对于轴力的影响不大,与经典的理论相符;但次应力很多超出规范限制值主应力的20%,由此,规范采用的限制大小而忽略不验算的做法就值得商榷。蚁群算法是近十年来兴起并引起学者广泛关注的一种智能算法,其应用范围已经延伸到各个领域内,但在土木工程中的应用寥寥无几。蚁群算法如同其它高级智能算法一样,不需对待求解问题进行具体的数学表达描述,根据算法本身的算法法则进行搜索求解,所以非常适合应用于求解次应力问题。蚁群算法相对其它算法的主要优势是收敛速度明显快、计算精度高。基于上述,本文尝试将蚁群算法引入到结构工程优化分析中来。通过采用自编蚁群算法程序,先通过数值实验寻找到了一组较为合适的参数组合,利用这一组合对钢结构的次应力问题进行了反演分析,分析的基础是有限元正演分析计算的结果,最后又对两个较为典型的钢架结构进行了结构优化。通过以上的分析,得出了蚁群算法在结构工程中的一组合理的参数组合,并且通过尝试发现,蚁群算法在结构工程应用领域还有很大的发展前景,而且是一片崭新的领域,具有很好的实用价值和指导意义。
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