基于类桁架方法的钢与混凝土组合材料结构优化

发布时间：2020-03-19 23:02

【摘要】：结构拓扑优化是为了在满足负荷要求前提下通过寻找最优力学体系或材料分布来减轻自重或体积,从而达到材料最少或者经济节约的目的。结构拓扑优化研究在近几十年得到很大发展,广泛应用在航天航空、汽车制造以及机械等领域,但在土木建筑领域应用较少。土木建筑领域最通用的材料为钢与混凝土,以两者作为组合材料构成钢筋混凝土结构、型钢混凝土结构和钢管混凝土结构等,应用范围非常广泛。这方面的拓扑优化研究并不多。现有的基于拉压杆模型的方法又较为粗糙。并且在当前拓扑优化方法中,许多存在单元铰接、棋盘格现象、网格依赖、边界模糊等问题。而基于类桁架材料模型的结构拓扑优化方法能很好地解决这些问题。基于此,本文对类桁架材料模型进行拓展,研究钢与混凝土组合材料类桁架拓扑优化方法。本文对平面二相正交类桁架材料模型进行拓展,形成钢混凝土结构模型。给出了简支梁、固端梁和悬臂梁等三个简单算例,得到相应的钢筋分布图,并与传统钢筋混凝土算法进行比较,说明本方法的有效性。对空间三相正交类桁架材料模型进行了拓展,形成了钢混凝土结构空间模型。给出了简支梁、固端梁和悬臂梁等三个简单算例,并与钢混凝土结构模型方法和传统钢筋混凝土算法进行比较,说明本方法的有效性。进一步给出了若干较复杂的算例,得到相应的钢材料布置方案,并分别与传统的配筋方式或者拉压杆模型拓扑进行对比。最终,通过一个十层框架的算例,进一步展示了本篇模型在体系上的应用。
【图文】：

类桁架连续体中的微元体混凝土和钢材料的微元面积钢的微元面积

将式(2.26a)、(2.26b)代入式(2.25)得，2 s st d d c ' A E t E tA σ σ = ε + = ε以上所述仅适合于钢沿一个方向材料的问题。2.2.2 平面二相正交钢混凝土材料模型如图 2.3 所示，假设在满布混凝钢材料。钢材料主轴方向即为这两组这两个方向钢材料的密度。钢的弹性组钢材料的应力和应变，，按照式(2.2i si iσ = E tε, i = 1,2 y2σσα21
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.9

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本文编号：2590847