基于遗传算法的矩形抗滑桩智能配筋方法与流程

1.本发明涉及一种基于遗传算法的矩形抗滑桩智能配筋方法。适用于市政岩土工程、交通工程、房建工程中所涉及的抗滑、支挡等工程领域。


背景技术：

2.抗滑桩是一种大截面、侧向受荷的排桩或群桩，穿过滑体锚入滑床一定深度，借助与桩周岩土的共同作用，将滑坡下滑推力传递到稳定地层，使滑体保持稳定状态。抗滑桩截面以圆形和矩形为主，由于相同截面面积条件下，矩形截面抗滑桩具备更为强大的抗滑能力，因此抗滑、支挡工程中普遍采用矩形抗滑桩，尤其在西部地区更为广泛。
3.由于抗滑桩承受巨大的抗弯和抗剪荷载，所以需进行针对性配筋设计，这一过程涉及相当繁琐的试算，在保证强度满足要求的前提下，可以有许多种配筋组合，而这些配筋组合中有一部分并不满足相关规范要求，也有一部分可能存在过度配筋的问题，因而会导致钢材的极大浪费。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于遗传算法的矩形抗滑桩智能配筋方法。
5.本发明所采用的技术方案是：一种基于遗传算法的矩形抗滑桩智能配筋方法，其特征在于：
6.s1、随机产生m个初始个体，构成初始种群，其中个体包含钢筋保护层厚度参数和钢精束间距参数；
7.s2、基于种群中个体中的钢筋保护层厚度参数和钢精束间距参数判断该个体是否满足钢筋束间距限制条件、钢筋保护层厚度限制条件、结构要求限制条件、抗弯承载能力限制条件和抗剪承载能力限制条件；
8.s3、基于满足限制条件的个体中的钢筋保护层厚度参数和钢精束间距参数计算该个体的矩形抗滑桩配筋量目标函数值，并根据矩形抗滑桩配筋量目标函数值计算个体的适应度；
9.s4、对种群中适应度高的个体进行复制、交叉、变异遗传操作，构成新一代的种群；
10.s5、重复步骤步骤s2～s4，直至遗传代数达到设定代数，得到经遗传算法优化的钢筋保护层厚度参数和钢精束间距参数。
11.所述钢筋保护层厚度参数包括该矩形抗滑桩内受拉区钢筋束距离矩形抗滑桩短边的最短距离l1和距离长边的最短距离l2，以及受压区钢筋束距离矩形抗滑桩短边的最短距离l3和距离长边的最短距离l4；
12.所述钢精束间距参数包括该矩形抗滑桩内受拉区钢筋束在短边方向的间距d1和在长边方向的距离d2，以及受压区钢筋束在短边方向的间距d3。
13.所述钢筋束间距限制条件和钢筋保护层厚度限制条件，包括：
14.min(l1,l2,l3,l4)》70mm,min(d1,d2,d3)》80mm
15.所述结构要求限制条件，包括：
16.2a
′s≤x≤ξbh017.a
′s＝g(l3)
18.h0＝w(h,l1,d2)
19.f
sd
×as
＝f
cd
×b×
x+f'
sd
×
a's20.as＝u(b,l2,d1)
21.a
′s＝v(b,l4,d3)
22.其中，a's为受压区钢筋束合力点至受压区边缘距离；x为受压区高度；ξb为混凝土相对界限受压区高度；h0为截面有效高度；h为矩形抗滑桩截面长度；f
sd
为钢筋束抗拉强度设计值；as为受拉区钢筋束截面面积；f
cd
为混凝土轴心抗压强度设计值；b为矩形抗滑桩截面宽度；f'
sd
为钢筋束抗压强度设计值；a's为受压区钢筋束截面面积。
23.所述抗弯承载能力限制条件，包括：
[0024][0025]fsd
×as
＝f
cd
×b×
x+f
′
sd
×a′s[0026]
h0＝w(h,l1,d2)
[0027]as
＝u(b,l2,d1)
[0028]a′s＝v(b,l4,d3)
[0029]a′s＝g(l3)
[0030]
其中，md为设计抗弯承载能力；f
cd
为混凝土轴心抗压强度设计值；b为矩形抗滑桩截面宽度；x为受压区高度；h0为截面有效高度；h为矩形抗滑桩截面长度；f'
sd
为钢筋束抗压强度设计值；a's为受压区钢筋束截面面积；a's为受压区钢筋束合力点至受压区边缘距离；m为荷载弯矩；f
sd
为钢筋束抗拉强度设计值；a为受拉区钢筋束截面面积。
[0031]
所述抗剪承载能力限制条件，包括：
[0032][0033]
h0＝w(h,l1,d2)
[0034]
其中，vd为正截面抗剪承载能力；f
cu,k
为边长150mm的混凝土立方体抗压强度标准值；b为矩形抗滑桩截面宽度；h0为截面有效高度；h为矩形抗滑桩截面长度；v为荷载剪力。
[0035]
一种存储介质，其上存储有能被处理器执行的计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被执行时实现所述基于遗传算法的矩形抗滑桩智能配筋方法的步骤。
[0036]
一种计算机设备，具有存储器和处理器，存储器上存储有能被处理器执行的计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被执行时实现所述基于遗传算法的矩形抗滑桩智能配筋方法的步骤。
[0037]
本发明的有益效果是：本发明考虑钢筋保护层厚度、钢筋束间距、承载能力(包括抗弯和抗剪性能)等限制条件，并第满足限制条件的个体计算其矩形抗滑桩配筋量目标函数值，将矩形抗滑桩配筋量目标函数值的倒数作为该个体的适应度，对适应度高的个体进行复制、交叉、变异遗传操作，构成新一代的种群，进而迭代优化个体中的钢筋保护层厚度
[0059]
其中，ξb为混凝土相对界限受压区高度，取0.53。
[0060]
本实施例中钢筋束间距限制条件和钢筋保护层厚度限制条件，包括：
[0061]
min(l1,l2,l3,l4)》70mm,min(d1,d2,d3)》80mm
[0062]
上述各中间变量均可通过下述算式求解：
[0063]as
＝f(l1,d2)
[0064]a′s＝g(l3)
[0065]as
＝u(b,l2,d1)
[0066]a′s＝v(b,l4,d3)
[0067]
h0＝w(h,l1,d2)
[0068]
其中，h为矩形抗滑桩截面长度。
[0069]
本实施例中矩形抗滑桩配筋量目标函数根据钢精束间距参数、钢筋保护层厚度参数、矩形抗滑桩桩体几何参数等计算得到。
[0070]
2)设定矩形抗滑桩的基本参数(矩形抗滑桩桩体几何参数、钢筋束自身参数和混凝土参数等)；设定遗传算法参数，种群规模n、进化代数g、交叉概率[jmin,jmax]、变异概率[pmin,pmax]等。
[0071]
3)随机产生m个初始个体，构成初始种群，该种群的遗传代数gen＝0，种群中每个个体包含钢筋保护层厚度参数和钢精束间距参数。
[0072]
钢筋保护层厚度参数包括该矩形抗滑桩内受拉区钢筋束距离矩形抗滑桩短边的最短距离l1和距离长边的最短距离l2，以及受压区钢筋束距离矩形抗滑桩短边的最短距离l3和距离长边的最短距离l4。
[0073]
钢精束间距参数包括该矩形抗滑桩内受拉区钢筋束在短边方向的间距d1和在长边方向的距离d2，以及受压区钢筋束在短边方向的间距d3。
[0074]
4)基于种群中个体中的钢筋保护层厚度参数和钢精束间距参数判断该个体是否满足钢筋束间距限制条件、钢筋保护层厚度限制条件、结构要求限制条件、抗弯承载能力限制条件和抗剪承载能力限制条件。
[0075]
5)对满足限制条件的个体根据其钢筋保护层厚度参数和钢精束间距参数计算该个体的矩形抗滑桩配筋量目标函数值，并根据矩形抗滑桩配筋量目标函数值计算个体的适应度；
[0076]
6)对种群中适应度高的个体进行复制、交叉、变异遗传操作，构成新一代的种群。
[0077]
对于复制操作，直接选择一个适应度高的个体执行复制操作，插入到新一代种群中，此时新种群的规模大小i＝i+1。
[0078]
对于交叉操作，选择两个适应度高的个体执行交叉操作，插入到新种群中，此时新种群的规模大小i＝i+2。
[0079]
对于变异操作，选择一个适应度高的个体执行变异操作，插入到新种群中，此时新种群的大小i＝i+1。
[0080]
重复进行复制、交叉、变异遗传操作，直至种群规模i达到设定种群规模大小n。
[0081]
7)种群规模i达到设定种群规模大小n时，种群的遗传代数gen＝gen+1，不断执行步骤4)～6)，直至遗传代数gen达到设定遗传代数g。此时满足了遗传算法设定参数，获得优化的矩形抗滑桩配筋设计参数。
[0082]
本实施例还提供一种存储介质，其上存储有能被处理器执行的计算机程序，该计算机程序被执行时实现本例中基于遗传算法的矩形抗滑桩智能配筋方法的步骤。
[0083]
本实施例还提供一种计算机设备，具有存储器和处理器，存储器上存储有能被处理器执行的计算机程序，该计算机程序被执行时实现本例中基于遗传算法的矩形抗滑桩智能配筋方法的步骤。