网架结构高度优化设计

维普资讯 http://www.cqvip.com Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｅｎｄ　Ｔｅｃｈｎｅｌｅｇｙ　Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ　Ｈｅｒａｌｄ　！　Ｑ：　！　工程技术　网架结构高度优化设计　王福成’　李玉清’　胡军祥　张波’　（１．黑龙江省八一农垦大学工程学院　大庆　１６３３１９；　２．黑龙江省哈尔滨市空军农业新技术试验培训基地　哈尔滨　１　５００００）　摘要：综合考虑了网架结构的强度、刚度、稳定性及结构挠度等约束条件，建立了网架结构的数学模型，应用遗传算法进行网架结构　的高度优化设计，算例表明，遗传算法可用于网架结构的高度优化设计，优化结果可靠。　关键词：网架结构　优化设计　高度优化　遗传算法　中图分类号：Ｔｕ　３１　１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—０５３４（２００７）ｌＯ（ｂ）一００６０—０２　网架结构是中国空间结构中发展最快、　关系为：　应用最为广泛的结构形式。为了降低网架结　构的工程造价，可以采用优化设计的方法减少　通过节点平衡条件和变形协调条件可得　用钢量。本文采用遗传算法，按照《网架结构　　设计与施工规程））（ＪＧＪ７—９１）的要求对网架高　出整体刚度方程：Ｐ　－－Ｋ．　８１　度进行优化设计，利用遗传算法的简单易行、　引入边界支承条件，对整体刚度方程求解　适应性强，不需要专门领域知识的特点，对网　可得结构的节点位移向量进而可求得结构各　架结构进行了高度的优化设计。　杆单元的轴力。　体的适应度。　遗传操作：遗传操作是对种群中的个体的　字符串进行选择复制，交叉、变异等处理，　目的在于产生新的个体，构成新的种群。这　个过程是对生物界的进化过程的模仿。产生　的种群总体适应度比其前一代高，经过若干代　的迭代，种群得到不断优化，这个过程类似于　自然界生物的进化过程。度量个体的适应度　的参数是适应度函数。　终止准则：终止准则是指在什么情况下认　为算法找到了最优解，从而可以终止算法，得　到最优解。　运用Ｍａｔｌａｂ软件进行编程，编制了求解网　架结构内力及位移的有限元程序，编制了三种　遗传操作算子，在此基础上，编制了网架结构　｝＝　ｒ．　｝　（７）　１建立网架结构的数学模型　优化设计的数学模型是对优化设计工程　３遗传算法的描述　遗传算法是基于进化论原理发展起来的　问题的数学描述，它包含设计变量，目标函　种广为应用的、高效的随机搜索与优化方　数和约束条件三个基本要素。　法。在工程技术、计算机科学、管理科学和社　１．１设计变量　会科学等众多领域中具有非常广泛的应用价　以网架高度为设计变量　ｈ＝［。，ｂＪ　（１）　值。遗传算法的实施过程包括编码、初始群　式中：ｈ一一网架高度，ｍ｝ａ，ｂ一一常　体、适应度、选择、交叉、变异等基本遗传操　作。　数。　一１．２目标函数　以网架结构杆件的总重量为目标函数　ｍｉｎＷ（Ａ）　∑ｔ　ｇｆ』　（２）　式中：　）为结构总重量，ｌ（ｇ；　为杆件　的线密度，ｋｇ．ｍ｝，，为杆件的长度，ｍ｝ｎ为　杆件的总数｝ｇ为重力加速度，为９．８ｍ．Ｓ。　１．３约束条件　空间网架结构的各杆件为轴心受力构　件。轴心受拉构件由强度和刚度控制，轴心　受压构件由强度、刚度和稳定控制。因此，　网架结构优化的约束条件为　编码：为防止遗传算法在计算过程中产生　海明悬崖，改变了以前遗传算法一贯采用的二　进制编码方式，采用了能够有效防止海明悬崖　的格雷码编码方式。　初始种群：在求解之前，在解的备选空间　中选择若干个体组成初始种群，通常产生初始　种群的方法是随机法。　适应度：根据生物进化“适者生存”的　原则，需要对每个个体适应环境的能力进行比　较，从而引入适应度的概念，适应度值是遗传　算法在群体进化过程中用到的唯一信息，它为　字符串如何进行复制给出了定量的描述。适　图２　３０ｍ　Ｘ　３０ｍ正放四角锥网架示意图　　Ｉ睾ｒ　Ｉ　量　２１５Ｎ／ｍｍ　ｌ，ｉｌ　ｌ　（３）　应度函数通过计算个体的适应度值，来比较个　ｆｌ８Ｏ　五＝ｌ　ｏ　】　｛　ｏｏ支座附近受拉构件（４）　｛４００　　ｒｌ　ｌ　１　．　｝　生　＝２１５Ｎ／ｍｍ２　（５）　２　…　（６）　式中：Ⅳ　——杆件的轴向力，Ｎ；Ａ——杆　件的截面积，ｍ　；ｌ仃Ｊ——杆件的容许应力，Ｎ．　ｍｍ；，乏——杆件的长细比；　——杆件的计　算长度，ｍ；ｉ，——杆件的回转半径，ｍ；ｌ　ｌ　杆件的容许长细比；Ⅳ　——压杆的轴向力，　Ｎ；　——轴心压杆稳定系数；Ａ　——杆件截　面最小尺寸，ｍ　。　图３　３０ｍ×３０ｍ正放四角锥网架高度优化　表１　３０ｍ×３０ｍ高度优化结果比较　２结构分析　在结构优化设计过程中需要对网架结构　进行结构分析，本文采用有限元法进行结构分　析。　整体坐标系下单元杆端力和位移之间的　图１遗传算法流程图　询导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ　Ｈｅｒａｌｄ　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｑ：　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ＴｅｃｈｎＯＩＯｇｙ　Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ　Ｈｅｒａｌｄ　工程．技术　项目质量管理　潘锡华韩仁珠　（哈尔滨市建筑工程技术公司；　哈尔滨市第六建筑工程公司　１　５０００１）　ｔ　’　摘要：项目管理必须满足或超越干系人的需求和期望。项目团队必须与关键干系人，特别是与项目的主要客户，建立良好的关系，理解　质量对他们意味着什么。因为顾客是质量是否可按受的最终裁决者。因此必须应把质量看做与项目范围、时间和成本同等重要。　关键词：项目　质量管理　中图分类号：ＦＯ　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—０５３４（２００７￣＇Ｏ（ｂ）一００６ｔ￣０１　１项目质量管理规划　质量管理规划也叫质量规划，就是确定项　目应当采用哪些质量标准以及如何达到。质　质量管理计划。质量管理计划应当说明　量规划是保证项目成功的过程之一，应当同项　管理理论联系实际将如何实施其质量方针，就　项目质量体系”、实施质量管理的　目其他规划过程结合起来，事先不规划，指望　是要说明“在项目实施过程中靠检查和督促来保证项目　组织结构、责任、程序，过程和资源，质量管　质量是不行的。　计也可以用于权衡成本与进度。　１．３质量规划的成果　阶段，是根据项目决策阶段已确立的质量目标　和水平，通过设计使其具体化，即在解决“做　什么”以后通过设计解决“如何做”的问题，　设计在技术上是否可行，工艺是否先进，经济　是否合理，设备是否配套，结构是否安全可靠　１　１质量规划过程的依据　质量方针：就是项目实施组织领导层就质　量问题明确阐明的初步打算和努力方向。　等，这些都将决定着项目建成后的使用价值和　理计划为项目总体计划提出了依据。　功能。　实施说明。实施说明要非常具体地说明　项目实施阶段对质量的影响。项目实施　各种问题的实际内容以及如何在质量控制过　阶段，是根据设计图纸的要求，通过施工形成　程中加以衡量。　工程实体，即是在解决“如何做”之后，按照图　纸的要求把实物形态的产品“做出来”。所以，　设计阶段的质量是施工的依据。　项目竣工验收阶段对质量的影响。项目　竣工验收阶段，就是对项目施工阶段的质量进　范围说明：不但规定了主要的项目成果，　核对表。核对表具体内容因行业而异，其　而且也规定了项目的目标，是质量规划的关键　用途是检查和核对某些必须采取的步骤是否　依据。　已经付诸实施。核对表是一种有条理的工具，　成果说明：是对范围说明书中的项目成果　可简可繁。　的进一步说明，经常地包括有技术问题以及可　能影响质量规划的其他问题细节。　３项目质量的形成过程及控制　１项目的建设过程　标准和规范　项目管理班子必须考虑对该　３．行试车运转的检查评定，考核是否达到决策阶　段的质量目标，是否符合设计阶段的质量要　求。不经过竣工验收，就无法保证整个项目配　项目可能产生的影响的任何应用领域的专用　坚持项目建设程序，严格按建设程序办　套投产和工程质量。　标准和规范。　事，把握建设过程中各个阶段的质量关，是保　３．２项目质量的控制　其他过程式的结果：除了范围说明和成果　证项目质量的重要环节。　质量控制就是要使投资项目的质量目标　说明外，其他知识领域过程的结果，也可能同　工程项目建设的不同阶段，对质量形成起　能够实现。但是，质量本身也是一个系统，它　质量规划有关。　着不同的作用和影响。　以总体目标为核心，包括设计质量、设备质　１　２质量规划的工具和手段　项目可行性研究对质量的影响。因为可　量、施工质量、设备安装质量以及其他质量等　成本效益分析。质量规划过程必须权衡　行性研究是在大量调查研究的基础上，对项目　目标。因此，质量控制就是要使系统的质量目　成本与效益，质量管理应努力使效益超过成　的技术上、组织上和生产布局上的可行性进　标得以实现。　行论证，并做出方案比较，从而选择最佳方案，　作为决策、设计的依据，使用权项目与所在　地区相协调，为项目在长期使用过程中，创造　良好的运行条件和环境。项目的可行性研究　直接影响项目的决策质量和设计质量。　项目决策阶段对质量的影响。项目决策　流程图。质量管理最常用的流程图有因　果图（也叫石川图或鱼骨图），流程图可帮助项　阶段，主要是确定工程项目应达到的质量目标　目理论联系实际，事先估计可能会发生哪些质　和水平，是影响工程项目质量的关键阶段，要　量问题，有助于提出处理措施。　能充分反映业主对质量的要求和意愿，否则，　实验设计。实验设计是一种分析技术，可　决策失误，必然造成质量的低劣。　项目设计阶段对质量的影响。项目设计　用来找出对项目结果影响最大的因素，实验设　本。　基准比较。基准比较就是将实际进行中　或计划之中的项目做法同其他项目的实际做　法进行比较，通过比较启发改善项目质量管理　的思路。　质量控制是项目控制的一个重要组成部　分，主要包括：保证业主取得与其所花费用相　当并符合其要求的工程成果；为项目经理管理　工程质量提供独立、公正的评价；及时发现和　纠正工程项目在实施过程中出现的问题，以避　免或减少这些问题带来的损失；掌握项目检查　及试验记录等有关资料，以便证明项目是按有　关规定、规程等进行的。当与有关方面产生纠　纷时，这些资料还可以作为解决纠纷的客观依　据。　的遗传算法程序，进行了网架结构的优化设　计。图１为遗传算法流程图。　５结语　参考文献　（１）利用Ｍａｔｌａｂ编制的遗传算法来求解网　【１】梅芳译．工程设计的优化方法【Ｍ】．北京：高　架结构高度优化设计的问题，可以应用在不同　等教育出版社，１９８１．　的边界条件、不同的支承方式以及承受不同　【２】王光远，董明耀．结构优化设计【Ｍ】．北京：　荷载作用的网格结构；　高等教育出版社，１９８７．　（２）用遗传算法优化网架结构高度，能够节　【３】李文雄，陈存思．混合遗传算法在桁架优化　约用钢量，结果可靠，对实际工程可以起到一　中的应用【Ｊ】．工业建筑．２００５，第３５卷增　Ｊ：３０１　３０３．　定的参考作用。　（３）用遗传算法求解优化问题，优化速度较　快，能够较快的收敛到最优解。　４算例及结果分析　周边简支的正放四角锥网架，网格尺寸为　３．０ｍ，网格数为１　０　１　０。选用型材均为钢　０２３５，弹性模量Ｅ＝２．０６×１０５Ｎ．ｍｍ～。网　架荷载恒载标准值为３ｏｋｇ．ｍ，活载标准值为　５０　ｋｇ．ｍ，结构示意图见图２，优化结果示意　图见图３所示。优化结果与文献结果比较见表　１所示。　科技咨询导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ　Ｈｅｒａｌｄ　６１