基于模糊体系可靠度的钢框架结构优化设计研究

在结构优化中引入整体考虑结构性能的体系可靠度概念，将使结构避免过于苛刻的经济目标而导致优化结果因缺乏可靠性而失去工程参考价值。值得注意的是，影响结构体系可靠度的因素除了随机性因素，客观存在的模糊性因素也是不可忽略的。为了使结构优化具有更好的工程意义，本项目提出基于模糊体系可靠度的结构优化设计。申请项目针对钢框架结构，具体研究影响框架性能的模糊性参数及其隶属函数，在认识到以往对于结构模糊分析中参数的模糊数学模型均采用单一隶属函数这一违背结构模糊参数客观特性的做法的基础上，提出构建适合于框架结构模糊分析的隶属函数群集的模糊分析方法；从框架结构整体性能和全面含义上的体系可靠度角度出发，基于模糊体系可靠度，进行框架结构体系的优化设计研究，提出合理的结构模糊优化模型和有效的优化方法。本项目希望通过上述研究能填补关于考虑模糊性的结构优化设计研究及其实际应用的研究空白，为结构优化研究做出有益的贡献。

影响结构体系可靠度的因素除了随机性因素，客观存在的模糊性因素也是不可忽略的。为了使结构优化具有更好的工程意义，本项目提出基于模糊体系可靠度的结构优化设计。研究者针对钢框架结构，具体研究影响框架性能的模糊性参数及其隶属函数，进行了影响框架结构功能函数和极限状态的模糊因素分析，结合各种因素的自身特点，给出主要模糊因素的考虑方法；进行了隶属函数的形式对结构失效概率的影响分析；从框架结构整体性能和全面含义上的体系可靠度角度出发，提出了主动半刚性连接设计方法的设计思路和考虑不同模糊状态的下结构模糊可靠度分析方法，建立了钢框架结构模糊优化模型；同时还进行了优化算法的研究和比较，提出了改进遗传算法、粒子鱼群混合优化算法、快速群搜索算法优化算法等改良的现代优化算法，并对钢框架模糊优化模型进行优化设计；最后，为了有效地实现框架钢结构体系优化，研究者对一系列的框架-支撑框架结构进行了抗侧性能分析。随着研究的深入，研究者发现要得到可接受的结构模糊优化方法，需要进行更广泛和深入的工作。在本课题研究中，应该主要是形成阶段性的成果。本基金课题研究的一个重要成果是，在研究末期发现了简化结构体系分析方法对建立有效的模糊优化模型是不必不可小，并进行了初步分析，形成了进一步研究的非常有价值的科学问题。