基于改进遗传算法的开敞域高桩墩式码头基桩布置优化

论文摘要

开敞域高桩墩式码头是深水码头的一种重要结构形式,其设计计算涉及波浪与建筑物的相互作用、桩-土相互作用、结构空间受力分析等方面,相关设计理论尚不完善。这种结构多建于水深浪大的海域,基桩多采用钢管桩,基桩布置的优劣、受力条件的好坏直接关系到码头的稳定性和投资效益,有必要选用适当的方法对基桩的布置进行优化,使基桩整体受力均匀,每根基桩尽其所能,间接降低工程造价。本文应用大型通用有限元软件ANSYS建立码头结构三维有限元模型,以陈山化工料码头工程为例,采用一种改进的自适应遗传算法开展开敞域高桩墩式码头基桩优化布置研究,编制了将遗传算法与有限元融为一体的优化程序。主要研究工作如下:1.选用三阶Stokes波理论计算推进波波浪要素,采用立波理论模拟作用于墩台前的侧压力,利用交通部第一航务勘察设计院推荐的公式计算作用于墩台底部的浮托力,采用实际工程中常用的Morison公式计算作用在基桩上的波浪力。2.采用线弹性地基反力法描述横向力作用下桩-土之间的相互作用,应用ANSYS的APDL语言建立码头结构的三维有限元模型,对承受波浪荷载作用的高桩墩式码头进行数值分析,为优化工作提供必要的数据。3.建立以基桩空间位置参数为设计变量,以基桩轴力和基桩泥面处水平位移的组合标准差为目标函数的最优化数学模型。4.结合算例,选用一种改进的自适应遗传算法,利用MATLAB编写优化程序对开敞域高桩墩式码头基桩布置进行优化,结果表明,优化后基桩受力均匀情况较优化前有大幅度改进,且可以减少基桩数目,具有明显的经济效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 问题的提出及研究现状
• 1.3 课题的主要工作
• 第二章 开敞域高桩墩式码头上的波浪荷载
• 2.1 波浪理论
• 2.2 码头上部墩台承受的波浪荷载
• 2.3 码头基桩承受的波浪荷载
• 第三章 高桩墩式码头ANSYS三维有限元模型
• 3.1 码头结构建模坐标系选取
• 3.2 码头结构有限元模型
• 3.3 有限元模型分析及后处理
• 第四章 基桩优化布置数学模型的建立
• 4.1 设计变量
• 4.2 目标函数
• 4.3 约束条件
• 4.4 基桩布置优化的数学模型
• 第五章 基于遗传算法的基桩布置优化分析
• 5.1 遗传算法
• 5.2 基于遗传算法的基桩优化布置模型的建立
• 5.3 遗传算法与ANSYS软件的接口
• 5.4 算例考核
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢