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基于多机制融合PGSA的弦支穹顶结构预应力优化

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西南交通大学学报 2024年

作者：姜正荣苏昌旺石开荣周梓杰华南理工大学土木与交通学院亚热带建筑与城市科学全国重点实验室

针对模拟植物生长算法(PGSA)以固定步长搜索难以收敛于全局最优解、对初始生长点的选取依赖性强和生长空间巨大的局限性，提出自适应变步长搜索机制、高斯扰动变异机制和生长空间筛选机制的新策略，建立基于多机制融合的模拟植物生长算... 详细信息

针对模拟植物生长算法(PGSA)以固定步长搜索难以收敛于全局最优解、对初始生长点的选取依赖性强和生长空间巨大的局限性，提出自适应变步长搜索机制、高斯扰动变异机制和生长空间筛选机制的新策略，建立基于多机制融合的模拟植物生长算法(多机制融合PGSA)，首先，以与生长次数自适应变化的步长进行搜索，其次，对可生长点集合进行优质筛选，再次，对生长得到的最优可生长点施加高斯扰动变异，最后，又引入生长空间筛选机制。由此，采用多机制融合PGSA对弦支穹顶结构进行预应力优化，并与其他优化算法进行对比。结果表明：与原PGSA相比，引入自适应变步长搜索机制，可避免算法陷入局部最优解，引入高斯扰动变异机制，可解决由于初始生长点的选取不当而造成优化结果不佳的问题，引入生长空间筛选机制，可在算法收敛后有效终止生长，显著缩小生长空间(降幅最大达97.64%)；与其他优化算法相比，多机制融合PGSA的迭代次数最少(仅为45次)，且优化得到的支座平均水平径向反力绝对值最小(仅为0.004kN)，从而验证了该算法的适用性。

关键词：弦支穹顶结构模拟植物生长算法预应力优化多机制融合算法新策略

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交替提升与张拉的索穹顶结构施工优化方法

西南交通大学学报 2024年第3期59卷 663-669页

作者：姜正荣苏延石开荣李之吉魏德敏梁霖华南理工大学土木与交通学院广东广州510640 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510640

为确保索穹顶结构施工成型前索杆内力的平稳变化,提出了交替提升内拉环与张拉最外圈斜索的施工优化方法.首先,以施工过程中的平均结构应变能最小为优化目标,对内拉环的逐级提升高度进行优化;其次,通过仿真分析得到施工过程中的索杆内力... 详细信息

为确保索穹顶结构施工成型前索杆内力的平稳变化,提出了交替提升内拉环与张拉最外圈斜索的施工优化方法.首先,以施工过程中的平均结构应变能最小为优化目标,对内拉环的逐级提升高度进行优化;其次,通过仿真分析得到施工过程中的索杆内力和节点位移,并与仅张拉最外圈斜索的施工方法进行对比.结果表明:交替提升内拉环与张拉最外圈斜索的施工优化方法可有效减小施工过程中的索杆内力,降幅最大达61.83%,避免了施工成型前索杆内力的大幅波动,且结构位形变化较平缓,相邻施工步的竖向位移差最大为1.43 m,平均结构应变能较低,仅为55.03%,优化效果显著,验证了该优化方法对索穹顶结构施工模拟的适用性.

关键词：索穹顶结构交替提升与张拉施工仿真施工优化

基于慢速时变动力学的空间结构施工过程精细化分析方法研究

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华南地震 2024年第2期44卷 118-127页

作者：石开荣陈润洋姜正荣华南理工大学土木与交通学院广州510641 亚热带建筑与城市科学全国重点实验室广州510641

针对空间结构施工过程模拟问题,依据时变力学基本原理,提出了基于慢速时变动力学的动态施工过程精细化分析方法。该新方法通过设置与实际施工动态过程相一致的分析时长,引入惯性力和阻尼力,实现时变结构几何、物理及边界等因素间的动态... 详细信息

针对空间结构施工过程模拟问题,依据时变力学基本原理,提出了基于慢速时变动力学的动态施工过程精细化分析方法。该新方法通过设置与实际施工动态过程相一致的分析时长,引入惯性力和阻尼力,实现时变结构几何、物理及边界等因素间的动态耦联,以达到真正意义上的施工全过程精细化分析。由此给出了该方法的求解思路和实现流程。通过对复杂大跨斜交连廊结构的施工过程分析,并对比施工实测数据,结果表明:该方法的计算值与传统静力施工过程分析方法相吻合,且总体上更接近工程实际,因此可用于空间结构的施工过程分析与安全评估;与传统静力施工过程分析方法相比,该方法一方面能够更准确反映实际施工过程中结构响应的动态累积效应,并获取任意时刻的结构受力和变形情况,另一方面,还可适用于强非线性的复杂施工过程分析(大变形、超大位移、机构位移等),从而避免了传统静力施工过程分析方法中非线性求解的收敛性难题。

关键词：空间结构慢速时变动力学施工过程精细化分析

基于双生长点并行生长机制的模拟植物生长算法及其结构优化

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建筑结构学报 2022年第8期43卷 240-247页

作者：石开荣林金龙姜正荣华南理工大学土木与交通学院广东广州510641 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510641

针对模拟植物生长算法(PGSA)系列算法中存在的搜索路径相对单一、搜索覆盖面不够广等问题,结合复杂结构优化问题中设计变量多、存在多个局部最优解、算法难以自动终止等特点,基于PGSA的基本原理和植物的实际生长规律,提出一种新的算法... 详细信息

针对模拟植物生长算法(PGSA)系列算法中存在的搜索路径相对单一、搜索覆盖面不够广等问题,结合复杂结构优化问题中设计变量多、存在多个局部最优解、算法难以自动终止等特点,基于PGSA的基本原理和植物的实际生长规律,提出一种新的算法机制——双生长点并行生长机制,并与基于生长空间限定与并行搜索(GSL&PS-PGSA)算法相融合。通过典型数学及空间桁架结构算例进行了验证,结果表明:双生长点并行生长机制增加了寻优搜索路径,拓宽了搜索覆盖面,降低了陷入局部最优解的概率,并为算法提供更为有效的终止机制,从而具有更加显著的优化效率及全局搜索能力;与序列两级算法、蚁群算法等常用优化方法相比,融入双生长点并行生长机制的GSL&PS-PGSA进一步提升了算法的优化求解能力,在结构优化问题中表现出良好的适应性及有效性。

关键词：模拟植物生长算法并行生长结构优化空间桁架

基于模拟植物生长算法的自由曲面空间网格结构形状优化方法

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建筑结构学报 2022年第12期43卷 276-289页

作者：石开荣林金龙姜正荣区彤华南理工大学土木与交通学院广东广州510641 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510641 广东省建筑设计研究院有限公司广东广州510010

针对自由曲面空间网格结构形状优化问题,将模拟植物生长算法(PGSA)引入结构形状优化领域。根据PGSA基本原理,提出双生长点并行生长机制、迭代稳定性判断机制及增强型随机多向搜索机制,并和基于生长空间限定与并行搜索算法(GSL&PS-PGSA)... 详细信息

针对自由曲面空间网格结构形状优化问题,将模拟植物生长算法(PGSA)引入结构形状优化领域。根据PGSA基本原理,提出双生长点并行生长机制、迭代稳定性判断机制及增强型随机多向搜索机制,并和基于生长空间限定与并行搜索算法(GSL&PS-PGSA)相结合,建立了基于融合GSL&PS-PGSA的自由曲面空间网格结构形状优化方法。该方法以广义形状参数表征形状优化设计变量,可有效避免产生奇异结构并提高优化效率。在此基础上,给出了相应的形状优化模型及流程,并采用MATLAB及ANSYS二次开发语言APDL编制了优化程序。对典型合理拱结构曲面及自由曲面网壳结构进行算例分析,结果表明:所提出的PGSA新机制显著提升了算法的寻优能力及稳定性;基于融合GSL&PS-PGSA的自由曲面空间网格结构形状优化方法,其优化效果明显,发掘了结构的合理形态,改善了结构的受力性能,适用于多变量、多荷载组合及复杂约束的大规模自由曲面空间网格结构形状优化,为复杂形体空间结构的设计选型提供了新的途径。

关键词：空间网格结构自由曲面网壳模拟植物生长算法形状优化

基于阶段生长PGSA的索穹顶结构预应力优化

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华南理工大学学报（自然科学版） 2022年第11期50卷 133-140,154页

作者：姜正荣苏延石开荣李之吉魏德敏华南理工大学土木与交通学院广东广州510640 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510640

为了寻求合理高效的索穹顶结构预应力优化方法,通过对模拟植物生长算法(PGSA)基本原理和算法机制的剖析,提出了大步长生长扩散机制及生长点筛选机制的新策略。在此基础上,建立了基于阶段生长的模拟植物生长算法(阶段生长PGSA),该算法将... 详细信息

为了寻求合理高效的索穹顶结构预应力优化方法,通过对模拟植物生长算法(PGSA)基本原理和算法机制的剖析,提出了大步长生长扩散机制及生长点筛选机制的新策略。在此基础上,建立了基于阶段生长的模拟植物生长算法(阶段生长PGSA),该算法将优化分为多个阶段,并在不同阶段引入相应的生长扩散或生长点筛选机制,先引入大步长生长扩散机制,以多倍步长一次性扩散生长的方式实现生长点的散播,再以中步长配合较宽松的筛选机制进行快速搜索,最后以精度要求的小步长与较严格的筛选机制进行收敛;由此,采用阶段生长PGSA对索穹顶结构进行预应力优化,并与其他算法进行对比。结果表明:与原PGSA相比,阶段生长PGSA可有效提高全局搜索能力、缩小生长空间且避免了生长点饱和的问题;与多岛遗传算法、自适应模拟退火算法及粒子群优化算法等优化方法相比,阶段生长PGSA的计算迭代次数最少,优化得到的结构初始应变能最小,表现出更高的优化效率及更好的优化效果,该算法适用于索穹顶结构的预应力优化。

关键词：索穹顶结构模拟植物生长算法预应力优化阶段生长生长机制

考虑杆件初弯曲的弦支穹顶结构非线性屈曲分析

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西南交通大学学报 2023年

作者：姜正荣邱俊明石开荣苏昌旺华南理工大学土木与交通学院华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室

初始几何缺陷是弦支穹顶结构静力稳定性分析的重要影响因素之一，目前的研究主要集中于整体缺陷(节点安装偏差)，而对杆件初弯曲的相关研究较少。为此，首先以多段直梁法模拟杆件初弯曲，采用随机缺陷模态法引入不同形状及幅值的杆件初... 详细信息

初始几何缺陷是弦支穹顶结构静力稳定性分析的重要影响因素之一，目前的研究主要集中于整体缺陷(节点安装偏差)，而对杆件初弯曲的相关研究较少。为此，首先以多段直梁法模拟杆件初弯曲，采用随机缺陷模态法引入不同形状及幅值的杆件初弯曲，对弦支穹顶结构进行非线性屈曲分析，其次同时引入整体缺陷与杆件初弯曲，考察两种缺陷的共同施加对结构稳定性能的影响。结果表明：仅考虑杆件初弯曲时，弦支穹顶结构的稳定承载力系数平均值显著降低(最大降幅为33.84%)；相比于正弦全波，以正弦半波为初弯曲形状来引入杆件初弯曲，对结构的稳定性更为不利；相比于理想结构，同时考虑整体缺陷与杆件初弯曲时，结构的稳定承载力系数进一步降低(最大降幅为44.80%)，但其降幅小于两者分别引入的降幅之和，两种缺陷的同时施加，对结构的稳定承载力存在耦合影响，一定程度上削弱了两者单独引入时的不利影响。

关键词：弦支穹顶结构杆件初弯曲整体缺陷非线性屈曲分析

新型格栅组合模架整体式格栅受弯性能试验研究

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工业建筑 2023年

作者：石开荣吉古雪梅胡晨姜正荣华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室华南理工大学土木与交通学院

新型格栅组合模架由整体式铝合金格栅、塑料模板及可调支撑等组成。以该组合模架中的整体式铝合金格栅为对象，对其在竖向均布荷载作用下的受弯性能进行了试验研究与有限元分析。结果表明：格栅受弯的变形与应力试验数据与有限元计算结... 详细信息

新型格栅组合模架由整体式铝合金格栅、塑料模板及可调支撑等组成。以该组合模架中的整体式铝合金格栅为对象，对其在竖向均布荷载作用下的受弯性能进行了试验研究与有限元分析。结果表明：格栅受弯的变形与应力试验数据与有限元计算结果基本吻合，以此确定了该格栅的应用范围，即适用于厚度在350mm以内的混凝土楼板支模施工，其最大承受荷载为8.79kN/m2，且由次楞刚度控制。在此基础上，根据格栅受力特点，提出了便于应用且安全可行的简化计算方法，该方法可快捷评估格栅的受力状态。

关键词：格栅受力性能试验简化方法

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交替提升与张拉的索穹顶结构施工优化方法

西南交通大学学报 2022年

作者：姜正荣苏延石开荣李之吉魏德敏梁霖华南理工大学土木与交通学院华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室

为确保索穹顶结构施工成型前索杆内力的平稳变化，提出了交替提升内拉环与张拉最外圈斜索的施工优化方法。首先，以施工过程中的平均结构应变能最小为优化目标，对内拉环的逐级提升高度进行优化；其次，通过仿真分析得到施工过程中的索...

为确保索穹顶结构施工成型前索杆内力的平稳变化，提出了交替提升内拉环与张拉最外圈斜索的施工优化方法。首先，以施工过程中的平均结构应变能最小为优化目标，对内拉环的逐级提升高度进行优化；其次，通过仿真分析得到施工过程中的索杆内力和节点位移，并与仅用张拉最外圈斜索的施工方法进行对比。结果表明：交替提升内拉环与张拉最外圈斜索的施工优化方法可有效减小施工过程中的索杆内力，降幅最大达61.83%，避免了施工成型前索杆内力的大幅波动，且结构位形变化较平缓，相邻施工步的竖向位移差最大为1.43 m，平均结构应变能较低，仅为55.03%，优化效果显著，验证了该优化方法对索穹顶结构施工模拟的适用性。

关键词：