1、第4 8卷 第3期2 0 2 3年6月 广西大学学报(自然科学版)J o u r n a l o fG u a n g x iU n i v e r s i t y(N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n)V o l.4 8N o.3J u n.2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-1 0-1 3;修订日期:2 0 2 3-0 3-1 8 基金资助:国家自然科学基金项目(5 2 2 0 8 3 0 7,5 1 8 7 8 1 8 6)通讯作者:柯璐(1 9 9 1),男,湖北黄冈人,广西大学助理教授,博士;E-m a i l:k e l u g x
2、u.e d u.c n。引文格式:唐忠国,李倍安,刘湘,等.基于改进粒子群优化算法的UHP C简支梁桥优化设计J.广西大学学报(自然科学版),2 0 2 3,4 8(3):5 5 8-5 7 0.D O I:1 0.1 3 6 2 4/j.c n k i.i s s n.1 0 0 1-7 4 4 5.2 0 2 3.0 5 5 8基于改进粒子群优化算法的U H P C简支梁桥优化设计唐忠国1,李倍安1,刘湘1,柯璐2*,黎永思2,晏班夫2(1.广西新祥高速公路有限公司,广西 南宁5 3 2 2 0 0;2.广西大学 土木建筑工程学院,广西 南宁5 3 0 0 0 4)摘要:为了充分利用超高性
3、能混凝土(u l t r ah i g hp e r f o r m a n c ec o n c r e t e,UH P C)优越的力学性能,降低桥梁造价,采用粒子群算法对UH P C梁桥进行结构优化设计;针对传统粒子群算法容易陷入局部最优的不足,基于杂交的粒子群算法,在迭代过程中增加选择杂交的操作,采用非线性自适应权重更新方法对粒子群优化算法进行改进。基于上述改进粒子群优化算法,对公路常用跨径的普通钢筋UH P C梁、预应力UH P C梁的优化设计方法进行了研究。结果表明:相较于传统的粒子群算法,改进的粒子群算法具有更高的收敛速度和收敛精度;普通钢筋UH P C梁的最优高跨比随着跨径的增
4、加而减小,造价逐渐提高;预应力梁的最优高跨比随着跨径的增大先减小后增大,造价逐渐提高。在经济梁高的基础上,减小梁高会大幅增加底板的宽度以满足结构刚度的需要,造价也将大幅增加。关键词:超高性能混凝土;简支梁桥;优化设计;改进粒子群优化算法中图分类号:U 4 4 1 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 1-7 4 4 5(2 0 2 3)0 3-0 5 5 8-1 3O p t i m i z a t i o nd e s i g no f s i m p l ys u p p o r t e dU H P Cb e a mb r i d g e sb a s e do n i m p r o
5、v e dp a r t i c l e s w a r mo p t i m i z a t i o na l g o r i t h mTAN GZ h o n g g u o1,L IB e i a n1,L I UX i a n g1,K EL u2*,L IY o n g s i2,YANB a n f u2(1.G u a n g x iX i n x i a n gE x p r e s s w a yC o.,L t d.,N a n n i n g5 3 2 2 0 0,C h i n a;2.S c h o o l o fC i v i lE n g i n e e r i
6、 n ga n dA r c h i t e c t u r e,G u a n g x iU n i v e r s i t y,N a n n i n g5 3 0 0 0 4,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e rt o m a k ef u l lu s eo ft h es u p e r i o r m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fu l t r a-h i g hp e r f o r m a n c ec o n c r e t e(UH P C)a n dr e d u c et h ec
7、 o s to fb r i d g e s,p a r t i c l es w a r ma l g o r i t h mi su s e dt oc a r r yo u ts t r u c t u r a lo p t i m i z a t i o nd e s i g nf o rUH P Cb e a m b r i d g e s.I nv i e wo ft h es h o r t a g et h a tt r a d i t i o n a lp a r t i c l es w a r m o p t i m i z a t i o na l g o r i t
8、h mi se a s yt of a l li n t ol o c a lo p t i m i z a t i o n,h y b r i db a s e dp a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o na l g o r i t h mi n c r e a s e st h eo p e r a t i o no f第3期唐忠国,等:基于改进粒子群优化算法的UH P C简支梁桥优化设计s e l e c t i n gh y b r i d i nt h e i t e r a t i v ep r o c e s s,a n du
9、s e sn o n l i n e a ra d a p t i v ew e i g h tu p d a t em e t h o dt o i m p r o v e t h ep a r t i c l e s w a r mo p t i m i z a t i o na l g o r i t h m.B a s e do n t h e i m p r o v e dp a r t i c l e s w a r mo p t i m i z a t i o na l g o r i t h m,t h eo p t i m i z a t i o n d e s i g n
10、m e t h o d so fo r d i n a r yr e i n f o r c e d UH P Cb e a m sa n dp r e s t r e s s e dUH P Cb e a m sw i t hc o mm o nh i g h w a ys p a n sa r es t u d i e d.T h er e s u l t ss h o wt h a t:C o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lp a r t i c l es w a r m o p t i m i z a t i o na l g
11、o r i t h m,t h ei m p r o v e d p a r t i c l e s w a r m o p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m h a s h i g h e r c o n v e r g e n c e s p e e d a n dc o n v e r g e n c ea c c u r a c y.T h eo p t i m a lh e i g h t s p a nr a t i oo fo r d i n a r yr e i n f o r c e dUH P Cb e a m sd e c r e
12、 a s e sw i t ht h e i n c r e a s eo fs p a n,a n dt h ec o s tp e rs q u a r em e t e r i n c r e a s e sg r a d u a l l y,a n dt h eo p t i m a lh e i g h t s p a nr a t i oo fp r e s t r e s s e db e a md e c r e a s e s f i r s t a n dt h e n i n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo fs p a
13、 n,a n dt h ec o s tp e rs q u a r e m e t e ri n c r e a s e sg r a d u a l l y.O nt h eb a s i so fe c o n o m i cb e a m h e i g h t,r e d u c i n gt h eb e a m h e i g h tw i l lg r e a t l yi n c r e a s et h e w i d t ho ft h eb o t t o mp l a t et o m e e tt h en e e d so fs t r u c t u r a l
14、s t i f f n e s s,a n dt h ec o s t w i l la l s oi n c r e a s es i g n i f i c a n t l y.K e yw o r d s:u l t r a-h i g hp e r f o r m a n c ec o n c r e t e;s i m p l ys u p p o r t e db e a m b r i d g e;o p t i m i z a t i o nd e s i g n;i m p r o v e dp a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t
15、i o na l g o r i t h m0 引言超高性能混凝土(UH P C)源于1 9 9 1年法国的活性粉末混凝土1,与传统混凝土材料相比,基于颗粒堆积理论设计的UH P C除具有显著的抗压强度外,也具有优异的耐久性2。在桥梁工程中使用UH P C可有效减轻结构自重,提高结构跨越能力和增强结构耐久性,具有广阔的应用前景3。为了合理利用UH P C的优良性能,尽可能地降低造价,有必要对UH P C简支梁桥进行优化设计。目前,对于混凝土梁的优化设计已开展了大量研究。尹平阳4通过改进后的鲸鱼算法对混凝土T梁设计参数进行优化设计,优化后每片梁钢束总面积减小2 2.7 0%,成本降低7.5 5%
16、。张鹄志等5通过G B E S O钢筋分离模型得到了基于应力均匀分布的最优配筋拓扑,为解决钢筋混凝土深梁等二维构件的工程配筋设计难题提供新思路。虽然混凝土简支梁桥优化设计的方法并不少,但大都存在算法复杂、计算量大、参数难以确定等不足。粒子群优化(p a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o n,P S O)算法的灵感来自于鸟类群体寻找食物来源的社会和生物行为。在这种基于自然的算法中,个体被称为粒子,并在搜索空间中飞行,寻找将给定问题最小化(或最大化)的全局最佳位置6。而近些年来,粒子群优化算法逐渐应用于土木工程领域。邹万杰等7以单元刚度折减因子为优化变量,构造P S O的优化目标函数和适应度函数,研究了结构在多损伤下的损伤识别问题。张研等8通过提高粒子群算法的搜索效率,减少适应度评价次数,有效地减少了计算围岩释放压力速率过程中的数值计算工作量。凌同华等9提出一种基于改进粒子群算法和B P神经网络的智能位移反分析方法,实现了隧道围岩力学参数的反演。粒子群算法与其他智能算法一样是全局的搜索算法,具有较强的通用性、并行性,并且算法简单,容易实现,
