SRC框架结构优化设计研究

发布时间：2017-03-16 09:04

  本文关键词：SRC框架结构优化设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：型钢混凝土(Steel reinforced concrete,简称:SRC)框架结构是由型钢埋入钢筋混凝土中形成的具有整体性、能够共同受力的新兴结构形式,其明显优于钢筋混凝土结构与钢结构受力性能的简单叠加。与钢结构相比,由于SRC结构外包混凝土的约束作用,可以有效防止钢构件的局部屈曲,显著提高钢结构的整体刚度,使钢材的强度得以充分发挥。此外,外包混凝土的保护层还增加了结构的耐久性和耐火性。与RC结构相比,由于配置了具有良好变形能力的型钢,大大提高了构件的延性,尤其是采用实腹式型钢(H型钢、工字型钢、槽钢等)的SRC构件,其抗剪承载力的提高,显著改善了受剪破坏时的脆性性质,提高了结构的抗震性能。本文采用有限元分析软件ANSYS,在考虑恒载、活载以及风载的情况下,对历城高中一栋12层的SRC框架结构办公楼进行整体的静力分析和模态分析。由于实际工程结构中存在的问题往往十分复杂,多种因素甚至是不确定因素的影响对整个框架结构的参数化建模和优化设计很难实现。为了方便起见,从整栋框架结构中选择底层,第四轴处的一榀具有代表性的框架构件采用分离式参数化建模进行研究,充分考虑型钢和混凝土材料的非线性特征,进行非线性受力分析。然后以SRC结构的研究成熟结论以及现行设计规范和设计理论中所规定的设计基本要求、计算要点和构造措施为约束条件;以框架结构的经济造价为目标函数;往往由于局部最优解的出现,一种优化算法不易确定优化结果的可靠性,本文利用ANSYS优化模块提供的“零阶优化算法”和“一阶优化算法”分别对SRC框架构件以型钢、受拉纵筋、混凝土截面尺寸以及型钢截面形心到受拉边缘的距离为设计变量进行优化分析。最后,通过对最佳优化序列与案例的经济效益对比分析,造价优化效率大致在10%左右,呈现出显著的优化成效,对以后工程结构优化设计的推广起到推动作用。
【关键词】：SRC 框架结构 结构优化设计 ANSYS有限元分析 参数建模
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU398.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 引言9-10
• 1.2 型钢混凝土结构的概述与优化现状10-14
• 1.2.1 SRC结构的截面形式10
• 1.2.2 SRC结构的特点10-11
• 1.2.3 SRC结构的发展及应用11-13
• 1.2.4 结构优化研究现状13-14
• 1.3 结构优化设计的研究内容及意义14-15
• 2 ANSYS有限元结构优化设计原理15-24
• 2.1 结构优化设计15-18
• 2.1.1 结构优化设计数学模型15-17
• 2.1.2 结构优化设计的分类17
• 2.1.3 优化设计方法17-18
• 2.2 ANSYS有限元结构优化分析18-23
• 2.2.1 ANSYS结构优化原理18-19
• 2.2.2 ANSYS优化设计方法19-23
• 2.3 SRC框架结构优化设计的有限元实现23-24
• 3 SRC梁的优化设计计算以及数学模型的建立24-33
• 3.1 梁正截面承载力计算过程24-26
• 3.1.1 基本假定24-25
• 3.1.2 计算过程25-26
• 3.2 斜截面承载力计算过程26-27
• 3.3 框架梁数学模型27-33
• 3.3.1 SRC规范要求27-30
• 3.3.2 数学建模30-33
• 4 SRC柱的优化设计计算以及数学模型的建立33-47
• 4.1 柱正截面受压承载力计算过程33-42
• 4.1.1 轴心受压33-34
• 4.1.2 偏心受压34-42
• 4.2 斜截面承载能力计算过程42-43
• 4.3 框架柱数学模型43-47
• 4.3.1 设计变量43-44
• 4.3.2 目标函数44
• 4.3.3 约束条件44-47
• 5 SRC框架结构的优化设计案例分析47-70
• 5.1 工程案例的基本概况47
• 5.2 ANSYS建立参数化框架模型47-53
• 5.2.1 单元类型的选取48-50
• 5.2.2 本构关系与破坏准则50-52
• 5.2.3 网格的划分52-53
• 5.3 结构分析53-62
• 5.3.1 静力分析53-56
• 5.3.2 模态分析56-62
• 5.4 框架构件优化设计62-70
• 6 结论与展望70-71
• 参考文献71-73
• 致谢73

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本文编号：251544