基于免疫遗传算法的钢筋混凝土框剪结构优化研究

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1、中图分类号：ＴＬ３７５单位代号：１１９０３１０８１０密级：公开学号！２０８来旅大孽嚇博±学位论文ＳＨＡＮＧＨＡＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＤＯＣＴＯＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ题基于免疫遗传算法的钢筋Ｉ目混凝±框剪结构化化研究作者郑倍替学科专业结构工程导．师朱杰江完成日期２０１５．９？上海大学本茲文经答辩委员会全体委员审查，确认符合上海大学博：ｔ学位论文质量要求。答辩委员会签名；主任：＾？委员：牺粟Ｊ＾＇导师：答辩日期：心原创性声明本人声明：所呈交的论文是本人在

2、导师指导下进行的研究工作。除了文中特别茄标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表？三／￣一或撰写过的研究成果。参与同工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。狂＾签名；都恃务日期；本论文使用授权说明本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅学校可；Ｗ公布论文的全部或部分内容。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名；卸喊务导师签名期；上海大学工学博士学位论文基于免疫遗传算法的钢筋混凝土框剪结构优化研究姓名：郑愔睿导师：朱杰江学

3、科专业：结构工程上海大学土木工程系2015年9月ADissertationSubmittedtoShanghaiUniversityfortheDegreeofDoctorinEngineeringStudyonOptimizationDesignfortheReinforcedConcreteFrame-shearwallStructuresbasedonImmuneGeneticAlgorithmM．D．Candidate：ZHENGYinruiSupervisor：ZHUJiejiangMajor：StructuralEngineeringCivilEngineering

4、Department,ShanghaiUniversitySeptember,2015上海大学博士学位论文摘要人工免疫系统模拟了生物免疫系统中与信息处理有关的一些基本概念和机理，其包含两个分支——免疫克隆选择算法和人工进化算法。免疫克隆选择算法模拟了人体自身的免疫系统，与标准遗传算法相比，该算法注重变异算子，在搜索过程中保留了更多局部信息。人工进化算法模拟了人工获得免疫，在一般进化算法的流程中添加了免疫算子。免疫算子利用实际问题的特征信息或先验知识，对种群进化进行局部调整，起到避免种群出现退化或出现无效操作的作用，改善种群的搜索方向。笔者通过对比研究多种仿生算法，得出免疫遗传算

5、法是最适合对框剪结构进行布局优化的结论。本文的主要研究内容和取得的成果包括：（1）推导了框剪结构的抗侧、抗扭刚度矩阵，并通过分析不同优化变量对结构刚度的灵敏度，得出了剪力墙的长度和距形心的距离是影响结构抗扭、抗侧刚度的主要因素的结论。为优化设计模型的建立提供了理论基础。（2）建立了钢筋混凝土框剪结构的优化设计模型。框剪结构的优化目标是结构中梁、柱、墙的造价之和。根据优化变量对结构刚度的灵敏度分析，提出将优化变量分为2级，首先确定墙体的布局再进行截面尺寸优化的思路。第1级优化变量为剪力墙的长度，剪力墙距形心的距离，以及墙、柱的混凝土强度等级。第2级优化变量为框架梁、框架柱、剪力墙

6、的构件尺寸。与优化变量相对应的，结构的约束条件也分为2级，第1级为结构的整体指标约束，第2级为构件的承载力约束和构造约束。第1级优化通过免疫算法对种群进行进化来实现。第2级优化通过网格搜索法来完成。不论是免疫遗传算法还是网格搜索法都适用于离散型变量，可以使结构的优化结果满足模数制要求。（3）在免疫遗传算法中设计了3种疫苗：墙体布置疫苗、混凝土强度等级疫苗和整体约束疫苗。墙体布置疫苗和混凝土强度等级疫苗主要起到将设计习惯和先验知识引入到算法中，令所有个体所对应的结构都具可行性，弥补标准遗传算法在搜索时的盲目性的缺陷。整体约束疫苗的作用是优化算法的搜索方向，提高种群的整体适应度，提

7、高算法的效率。（4）编写了钢筋混凝土框架-剪力墙结构优化设计软件SWOD。软件采用V上海大学博士学位论文VC++编程语言，采用面向对象的编程方法。软件可以导入PKPM的数据文件STRUSTRU.SAT和LOAD.SAT，保证了输入数据的准确性，并且使平面复杂结构的优化设计成为可能。结构优化过程中需要用到的内力分析、结构设计过程全部由SWOD完成。SWOD只需用户输入少量的设计参数，大多参数根据规范进行设定，使用简便。SWOD的设计利用了面向对象编程方法的多态性，使程序有较高的灵活性，若程序需