基于改進復合形法的拱壩優(yōu)化設計方法的研究與應用.pdf

1、拱壩是一種應力復雜、受地形地質條件制約較大的空間殼體結構，是一種經(jīng)濟性和安全性都很好的壩型。經(jīng)過四十多年的發(fā)展，我國在拱壩建設方面取得了很大的進展，在拱壩的設計理論、計算方法等方面積累了豐富的經(jīng)驗。我國的水能資源非常豐富，隨著國民經(jīng)濟的進一步發(fā)展，我國必將修建更多的拱壩。因而展開對拱壩的優(yōu)化研究就更加具有現(xiàn)實意義。
　　 拱壩優(yōu)化屬于一個非線性規(guī)劃問題，復合形法是求解決有約束條件的非線性優(yōu)化問題的一種有效而重要的方法。目前，復合

2、形法已廣泛應用于很多結構的優(yōu)化設計中。但該方法在許多方面也存在不足，比如計算操作不方便、計算效率亟待進一步提高及搜索尋優(yōu)過程中沒有充分利用一些極好的信息等。此外，在快速構造初始復合形、有效進行一維搜索以及合理構造新復合形等方面需要作進一步的改善。本文中對此作了一些改進：采用無界取點法構造初始復合形；有效的構造新復合形，即對初始復合形，通過好點策略搜索以構造新復合形，而對之后每次所得新復合形，則利用壞點策略進行搜索。并將改進復合形法應用于

3、進行拱壩的體形優(yōu)化設計中。
　　 其次，基于Fortran語言開發(fā)了改進復合形法的優(yōu)化計算軟件，完善了拱梁分載法應力計算程序。以某三圓心等厚度拱壩為例對該程序的正確性進行了驗證，結果表明該程序是合理可行的。將其與罰函數(shù)法相互配合，直接搜索最優(yōu)解，在迭代試算中不必求導數(shù)，計算效率比一般復合形法高。
　　 最后，分別對不同類型的拱壩建立了改進復合形法的優(yōu)化模型，并利用程序進行了相應的體形優(yōu)化設計，計算結果表明，經(jīng)改進復合形法

4、優(yōu)化后，拱壩最大拉壓應力均較優(yōu)化前有所降低，且壩體混凝土工程量都有不同程度的減少。由于改進復合形法初始變量產(chǎn)生的隨機性或人為因素，結合工程實例對初始變量的選擇提出了幾點建議，由于拱壩的最大應力一般由現(xiàn)在距壩高的1/3處附近，所以拱壩的中心角從壩頂往下可以先增大再減小，以滿足應力約束。
　　 改進復合形法有效的解決了拱壩優(yōu)化設計中設計變量多、數(shù)學函數(shù)和約束條件的高度非線性等難點問題，可獲得較理想的拱壩體形。該優(yōu)化方法計算效率高、程