基于改进遗传算法的高层结构粘滞阻尼器优化布置.pdf
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1、粘滞阻尼器在高层结构减震中应用广泛,为了提升粘滞阻尼器的减震效果,本文对粘滞阻尼器位置布置粘滞阻尼器在高层结构减震中应用广泛,为了提升粘滞阻尼器的减震效果,本文对粘滞阻尼器位置布置进行优化。在传统的遗传算法基础上采用了精英保留策略,以及进化逆转操作,提出了一种新的遗传终进行优化。在传统的遗传算法基础上采用了精英保留策略,以及进化逆转操作,提出了一种新的遗传终止规则对算法进行改进,并用改进的遗传算法对结构阻尼器位置进行优化。通过穷举法和传统遗传算法止规则对算法进行改进,并用改进的遗传算法对结构阻尼器位置进行优化。通过穷举法和传统遗传算法与本文改进遗传算法的对比,发现了改进遗传算法加强了算法的寻优
2、能力,提升了算法的效率。使用时与本文改进遗传算法的对比,发现了改进遗传算法加强了算法的寻优能力,提升了算法的效率。使用时程分析法对粘滞阻尼器优化布置结果与无控结构和阻尼器隔层布置进行对比分析,发现了阻尼器优化布程分析法对粘滞阻尼器优化布置结果与无控结构和阻尼器隔层布置进行对比分析,发现了阻尼器优化布置具有更好的减震效果。置具有更好的减震效果。关键词关键词 进化逆转进化逆转,改进遗传算法改进遗传算法,阻尼器优化阻尼器优化 Optimal Arrangement of Viscous Dampers in Tall Structures Based on Improved Genetic Algo
3、rithm Wenhao Zhao School of Civil Engineering and Communication,North China University of Water Resources and Electric Power,Zhengzhou Henan Received:Jul.23rd,2023;accepted:Aug.13th,2023;published:Aug.23rd,2023 Abstract Sticky dampers are widely used in high-rise structural seismic mitigation,and in
4、 order to enhance 赵文浩 DOI:10.12677/hjce.2023.128123 1075 土木工程 their damping effectiveness,this paper optimizes the layout of sticky dampers.Based on the tradi-tional genetic algorithm,this paper introduces elite reservation strategy and evolution reversal operation to propose a new genetic terminati
5、on rule for algorithm improvement.The improved genetic algorithm is then applied to optimize the positions of structural dampers.By comparing the exhaustive method,traditional genetic algorithm,and the improved genetic algorithm,it is found that the improved algorithm enhances the optimization capab
6、ility and improves the effi-ciency of the algorithm.Utilizing the time-history analysis method,a comparative analysis is con-ducted between the optimized layout of sticky dampers and uncontrolled structures and damper interlayer layouts,revealing that the optimized damper arrangement exhibits better
7、 seismic mi-tigation effects.Keywords Evolution Reversal,Improved Genetic Algorithm,Optimized Damper Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 地震具有震
8、级大、烈度高、波及范围广、地形地貌复杂、地震灾害导致人员伤亡占比较高、宏观地震中发生在高烈度设防区等特点 1。并且我国位于环太平洋地震带与欧亚地震带之间,地震断裂带十分活跃,是一个震灾严重的国家。因此建筑结构消能减震研究就显得至关重要。在结构消能减震研究中附设阻尼器是其中的一种有效解决方案 2。其减震原理是通过在结构中设置消能阻尼器,来减少地震能量对结构的影响,提高结构的抗震性能和安全性。然而,如何最佳地布置阻尼器以实现最优的减震效果一直是一个复杂的问题。遗传算法(GA)作为一种全局搜索和适应性优化的方法,能够解决这一问题,因此在阻尼器优化布置中得到广泛应用 3。Takewaki 和 Wu 4
9、等将遗传算法与结构引入解决结构振动问题,从此,遗传算法在结构阻尼器优化布置中得到普遍应用。李志军等 5使用遗传算法解决了应用新型电磁惯性质量阻尼器于偏心高层结构控震工程中的优化布置问题。关晓迪等 6通过 Matlab 编写算法主程序,利用有限元进行循环计算,实现对STMD 系统的刚度、阻尼参数以及 MTMD 系统的位置组合的优化。2.计算模型计算模型 2.1.结构模型结构模型 线性粘滞阻尼器的计算模型为:()()ddFtCu t=(1)式中()dFt是线性粘滞阻尼器的阻尼力;Cd是阻尼器系数;()u t是阻尼器的相对运动速度。地震作用下,安装阻尼器的结构体系的微分动力学方程为:()()()()
10、dgMu tCCu tKu tMEx+=(2)其中M、K、C分别为原结构的质量,刚度,阻尼矩阵,其中原结构的阻尼矩阵用 Rayleigh 比例阻尼构造,dC为阻尼器的阻尼矩阵,E是地震波的维数位置向量矩阵,gx 为地震波的加速度向量。对Open AccessOpen Access赵文浩 DOI:10.12677/hjce.2023.128123 1076 土木工程 结构的动力分析采用逐步积分法中的 Newmark-法求解。2.2.优化模型优化模型 对建筑结构阻尼器位置优化布置的数学模型 7一般为:()()()12,.:0,1,1,2,0njfX tXx xxstxjng X t=(3)其中 n
11、 为阻尼器楼层布置方案,(),f X t为优化的目标函数,根据不同的目标函数构成情况寻找最大值或者最小值,X 为阻尼器布置方案,而(),0g X t 为标准化处理的约束条件。2.3.目标函数目标函数 建筑阻尼器优化的目标函数 8为:maxmaxmax0,max0,max0,maxminaufau=+(4)其中、a、u 为结构的层间位移角,层间加速度与层间位移,下角标为 0 的表示无阻尼结构的响应最大值,下角标为 max 表示有控结构的响应最大值,、为组合系数,本文取的系数组合之为 =1、=0、=0。3.遗传算法的改进遗传算法的改进 3.1.基因逆转操作基因逆转操作 基因逆转 9操作的原理是随机
12、在一个基因串上随机标记两个位置,在这两个位置之间的这段基因调转 180 度再重新放入原来的基因的过程,例如 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 逆转后为:1 00 0 1 11 0 1 0。每当基因进行逆转操作后就与原来的基因进行比较,如果比原来的基因表现型好,就对原基因进行替换,否则原基因不变。逆转操作是一种单向的朝着好方向进化的操作,既可以提高传统遗传算法的择优收敛效率,也有效的避免了传统遗传算法容易陷入局部最优解的问题。3.2.精英保留策略精英保留策略 传统的遗传算法在整个运算过程中进化的,但是中间会有局部的几代偶尔会有退化现象发生,即相对最优解丢失的问题,使计算的效率大大降低,为了
13、解决这个问题,本文采用新的精英保留策略,当这一代的最优个体不如上一代时,将上一代的最优个体替换当前种群最差个体,然后进行迭代计算,从而保证迭代运算的过程中不会发生相对最优解的丢失导致局部退化现象。3.3.迭代终止规则迭代终止规则 在标准的遗传算法中迭代到最大进化代数(一般为 50200 代)的时候计算终止,由于其收敛择优速度比较慢,迭代次数设置的少就会导致无法寻得最优解,而迭代次数选择的过多,会造成许多没有意义的计算,从而增加了计算时间。为了避免此现象,本文提出当一个种群在进化的过程中连续 M 代,其最优个体的数量占整个种群数量的百分比 P 大于某个值 N 时,认定此基因型个体时最优个体,从而
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- 关 键 词:
- 基于 改进 遗传 算法 高层 结构 阻尼 优化 布置
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