(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111612631.5 (22)申请日 2021.12.27 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 申请人 浙江交工宏途交通建 设有限公司 (72)发明人 张鹤　薛锟　王正军　彭军安　 傅建红　方永伟　张妍　曾嵘　 肖珊珊　车炯　蒋鹏　徐迎泉　 赵博祥　朱斐　章林杰　王科峰　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 代理人 贾玉霞 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01)G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种独塔单索面斜拉桥施工索力优化智能 算法 (57)摘要 本发明公开了一种独塔单索面斜拉桥施工 索力优化智能算法， 该优化方法以斜拉桥成桥状 态下的主梁弯曲应变能为目标函数， 利用智能算 法直接对施工索力进行全局求解； 提出的智能算 法结合并改进了遗传算法与蜂群算法， 改善了遗 传算法容易过早收敛到局部最优解的问题， 提高 了算法的全局搜索能力。 本发明提出的优化智能 算法还可结合正在施工的斜拉桥， 对施工中因各 种因素产生的结构误差进行实时修正， 并对尚未 张拉的斜拉索进行优化设计， 为后续斜拉索张拉 施工调整提供理论依据。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 114417656 A 2022.04.29 CN 114417656 A 1.一种独 塔单索面 斜拉桥施工索力优化智能算法， 其特 征在于， 该 方法包括如下步骤： (1)建立斜拉桥的有限元模型模拟其施工过程， 基于斜拉桥有限元模型， 用零位移法初 步求解斜拉桥各拉索的合理成桥索力、 成桥弯矩和施工索力； 将所述施工索力作为斜拉桥 施工时拉索张拉索力的初始较优解{T}0， 索力向量{T} 的分量数量与拉索数量相同， 分别对 应于斜拉桥施工过程中各拉索按施工顺序张拉时的张拉索力； (2)对各拉索的施 工索力在一定区间内随机 取值， 从而 生成初始父代索力种群{T}i， i＝ 1,2,3…n， n为所述初始父代索力种群的种群大小； (3)将所述初始父代索力种群分别输入所述斜拉桥有限元模型， 计算得到成桥状态下 与各父代索力个 体{T}i对应的斜拉桥主梁在s处的弯 矩Mi(s)； (4)以斜拉桥主梁的弯曲应 变能为优化的目标函数， 表示 为 式中， U为主梁弯曲应 变能， EI为主梁的抗弯刚度； 将步骤(3)中所述的斜拉桥主梁弯矩代入式(1)计算得到与各父代索力个体{T}i对应的 弯曲应变能Ui， 并进一步得到与各 父代索力个 体{T}i对应的适应度fi， 表示为 适应度越高， 表明对应的索力个 体越优； (5)采用遗传算法， 首先直接保留父代种群 中适应度最高的个体作为子代索力， 目的为 防止较优解流 失； 然后依据适应度在父代种群中进 行n次随机选择， 在每次选择中索力个体 {T}i被选中的概 率Pi为其适应度在剩余所有索力个 体适应度之和中占的比例， 表示 为 选择完毕后， 对被选中的索力个 体进行交叉和变异操作， 最终生成子代索力种群； (6)判断是否达到设定的遗传算法迭代次数Nc， 若是， 则输出当前子代索力种群作为较 优索力种群， 并执行步骤(7)转入蜂群算法阶段； 若否， 则将步骤(5)生 成的子代索力种群作 为下一代子代索力种群的父代索力种群， 重复步骤(3)～(6)， 每重复一次遗传算法迭代次 数N＝N+1； (7)采用蜂群算法， 以步骤(6)得到的子代索力种群作为蜂群算法的食物源， 每一个索 力解代表一个食物源， 共有ns个食物源， 去除食物源中的重复索力解， 并在一定区间内随机 取值得到新的索力解， 补充食物源数量变回ns个食物源； (8)引领蜂在每个食物源附近展开领域搜索， 随机生成一个新的食物源{V}i， 向量{V}i 中各分量Vij的值可由下式得到 Vij＝Tij+φij(Tij‑Tkj)   (4) 式中， Tij为旧食物源{T}i的向量分量， i表示第i个食物源， j代表第j根拉索， k为1,2, 3,…,ns中的随机生成数且k≠i， φij为[‑1,1]之间的随机数； 比较新食物源{V}i与旧食物源{ T}i的适应度， 保 留适应度更高的食物源， 食物源的适应 度与步骤(4)中所述 适应度计算方法相同；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114417656 A 2(9)若干跟随蜂按照式(3)的概率在所有当前食物源中进行选择， 每只跟随蜂对被选中 的食物源按照式(4)生成新的食物源， 在被选择食物源与所有由该食物源新生成的食物源 中保留适应度最高的食物源作为当前食物源； (10)比较当前各食物源的适应度， 得到当前的最优索力解， 与历史最优索力解比较， 若 当前最优索力解更优， 则将其记录为历史最优索力解； (11)判断是否存在食物源经过Ms次迭代仍未发生改变， 若存在， 则舍弃所述食物源， 对 其余索力解执 行步骤(5)～(1 1)； 若否， 则执 行步骤(12)； (12)判断是否达到设定的蜂群算法迭代次数Mc， 若是， 则输出历 史最优索力解， 结束优 化计算； 若否， 则重复步骤(8)～(1 1)， 每重复一次， 蜂群算法迭代次数M＝M+1。 2.根据权利要求1所述的独塔单索面斜拉桥施工索力优化智能算法， 其特征在于， 如果 桥梁正处于施工过程中并且部 分拉索已经按照一定施工索力张拉， 则 在所述有限元模型中 将已张拉拉索的施工索力按照实际施工情况固定， 仅对剩余尚未张拉拉索的索力进行优 化。 3.根据权利要求1所述的独塔单索面斜拉桥施工索力优化智能算法， 其特征在于， 步骤 (5)中的交叉为单点交叉， 变异为基本位变异； 交叉概率PC的取值区间为0.5～0.9， 变异概 率Pm的取值区间为0.01～0.1。 4.根据权利要求1所述的独塔单索面斜拉桥施工索力优化智能算法， 其特征在于， 步骤 (2)中， 对各拉索的施工索力在以初始较优解{T}0为中心±1000kN的区间范围内取值， 生成 初始父代索力种群{T}i。 5.根据权利要求1所述的独塔单索面斜拉桥施工索力优化智能算法， 其特征在于， 步骤 (7)中， 去除食物源中的重复索力解， 并在以最优索力解为中心的 ±100kN的区间范围内随 机取值得到新的索力解， 补充食物源数量变回ns个食物源。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114417656 A 3