体育场变截面钢桁架罩棚的优化设计研究

发布时间：2017-12-02 06:09

  本文关键词：体育场变截面钢桁架罩棚的优化设计研究

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【摘要】：空间钢桁架结构形式简洁多变,并且具有良好的经济指标及受力特性,近几十年来,随着各种大型奥运会、博览会等国家重大社会经济活动的开展,该类结构被广泛应用于体育场馆、会议场馆和机场车站等公共建筑,因此,对空间钢桁架结构进行安全经济的设计显的尤为重要。对于传统的结构设计,要想确定一个最优合理的方案,主要依赖于设计者的经验水平,通常是通过多个方案比对选出的可行方案,但并不代表最优方案,因此对结构进行优化设计有很重要的意义。而结构优化设计理论和方法目前发展较成熟,但在土木工程实际应用中还比较落后。本文以某个体育场罩棚工程为研究对象,运用有限元软件ANSYS对其进行优化研究分析,以达到优化设计耗钢材最少的目的,研究主要内容如下:(1)运用3D3S12.1钢结构设计软件和ANSYS12.0有限元分析软件分别建立体育场桁架罩棚的模型,考虑各种组合下的荷载工况,分别对其进行内力计算分析,了解罩棚结构越靠近支座处杆件内力越大的受力特点及悬臂端竖向位移最大的变形特点,通过两种软件结果对比,验证使用ANSYS软件对后续结构尺寸优化的合理性及可行性。(2)在最不利荷载工况组合作用下,改变桁架几何尺寸建立不同单榀有限元模型,并建立对应单榀桁架耗钢材体积最少的部分整体罩棚有限元模型,综合对比研究各几何参数对罩棚承载力及经济性能的影响,发现悬挑端截面高度H变化对桁架整体刚度影响显著,而桁架截面宽度B与节间长度S变化对桁架用钢量影响显著,截面高度比m对结构承载能力影响很小,但对于悬挑结构具有重要的优化意义。并总结出对于类似于本文的倒三角变截面悬挑桁架结构,其设计时无量纲参数B/H、S/B、H/L和m较经济的建议取值。(3)通过ANSYS软件中的优化设计模块,基于APDL语言,做进一步的杆件截面优化,确定最终优化后的罩棚结构设计,对比发现比原始罩棚设计节省了钢材20.1%,取得比较好的经济效益。(4)分别以优化前后罩棚结构为模型,计算自振频率及观察各自振动模态,并研究在EL-Centro地震波作用下,结构的动力时程分析,对比研究可发现,优化前后罩棚结构的纵向联系布置较合理,优化后并未对罩棚的抗震性能造成很大影响,验证了此次优化的合理性,达到了优化设计研究的目的。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU391

【参考文献】

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本文编号：1243889