钢筋混凝土框架结构优化设计研究及系统开发

论文摘要

针对传统结构设计侧重于结构的可靠性,对经济性考虑较少,设计偏于保守的问题,本文将有限元法和遗传算法有机结合,成功应用于钢筋混凝土框架结构优化设计中,使其达到了可靠性与经济性的协调统一；并基于VB和MATLAB平台,开发了相应系统软件。具体内容如下：(1)以平面框架结构有限元法流程为基础,采用MATLAB设计了其内力分析及图形绘制程序(PFS_FEA),使内力分析更为快速、直观,且避免了设计者繁琐的计算或其它程序语言冗长的代码。(2)引入遗传算法基本理论及具体流程,在相关约束条件下,以钢筋混凝土框架结构构件截面尺寸及配筋为设计变量,以造价最优为目标函数,建立了合理的优化数学模型。(3)提出了基于有限元法和遗传算法的钢筋混凝土框架结构优化设计的基本思路,并以PFS_FEA函数和MATLAB新推出的遗传算法函数为核心进行了相应程序设计,保证了优化设计的速度和质量。(4)为进一步方便用户操作,以VB和MATLAB为平台,采用ActiveX接口技术,集成了方便友好的钢筋混凝土框架结构优化设计系统(RCFS)。(5)利用RCFS系统对典型算例进行了优化设计,并与相关文献进行了比较分析,验证了理论应用的科学性及系统的可操作性。本文的研究对其它类型结构的优化设计也具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 结构优化设计的发展历程
• 1.2.2 结构优化设计的应用现状
• 1.2.3 钢筋混凝土框架结构优化设计现状及不足
• 1.3 本文主要工作和意义
• 2 平面框架结构的有限元分析
• 2.1 有限元法概述
• 2.2 平面框架结构的内力计算
• 2.3 有限元法程序设计
• 2.3.1 基本流程
• 2.3.2 函数结构体系及功能解释
• 3 钢筋混凝土框架结构优化设计的研究
• 3.1 结构优化设计理论
• 3.1.1 基本概念
• 3.1.2 数学模型
• 3.1.3 优化方法
• 3.2 遗传算法的基本原理及流程
• 3.2.1 模式理论
• 3.2.2 优化流程
• 3.3 钢筋混凝土框架结构优化设计的数学模型
• 3.3.1 矩形截面梁的数学模型
• 3.3.2 矩形截面柱的数学模型
• 3.3.3 层间侧移控制
• 3.4 钢筋混凝土框架结构优化设计的程序设计
• 3.4.1 MATLAB遗传算法函数及工具
• 3.4.2 基本思路及流程
• 4 基于VB和MATLAB的优化设计系统开发
• 4.1 VB和MATLAB语言概述
• 4.1.1 VB概述
• 4.1.2 MATLAB概述
• 4.2 系统功能设计
• 4.2.1 系统组织结构图
• 4.2.2 主要模块及其功能
• 4.3 系统界面设计
• 4.4 程序接口技术
• 4.4.1 常用接口技术及性能比较
• 4.4.2 基于ActiveX技术的数据交换
• 4.5 运行与发布
• 5 算例分析
• 5.1 算例描述
• 5.2 系统实现
• 5.3 结果分析
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 研究生期间发表的论文