基于遗传算法的半刚性钢框架支撑体系优化设计

论文摘要

随着我国经济实力的发展和钢材产量和质量的提高,在建筑结构领域,越来越多的使用钢结构。钢结构具有强度高,重量轻,施工速度快,抗震性能好的优点,近年来建设部在大力推进钢结构住宅的研究与应用,对多高层钢结构的推广有很大的促进作用。在多高层钢结构中,钢框架支撑体系是一种常用的结构体系。目前,在对钢框架进行设计的时候,对梁柱的连接主要还是采用刚性假定或者铰接假定,这些假定对于那些明显呈现出半刚性的节点形式来说,将造成较大的误差。本文首先建立了考虑连接半刚性的钢框架二阶弹性分析程序,然后通过分析不同连接刚度下和刚性连接下钢框架的变形和内力,说明了连接半刚性对内力分布有明显的影响,进而说明基于传统连接假定计算的内力在精细设计中是不适用的。本文采用遗传算法进行了半刚性钢框架支撑体系的优化设计,并且比较了各种半刚性连接与刚性连接情况下钢框架支撑体系优化设计结果的差异。说明了半刚接对框架静力性能具有很大的影响,不能简单的用偏于安全或者偏于不安全来概括。为了使结构设计结果可靠,必须基于连接的实际性能进行设计。随着多高层钢框架结构高度的增加,抗侧力体系的设计成为关键。支撑是一种有效的抗侧力体系。合理的支撑布置形式不但能够有效增强结构的抗侧刚度,而且能够取得较好的经济效果。本文采用遗传算法进行了支撑体系离散型拓扑优化设计。结果显示,拓扑优化能得到更优的支撑布置,进而得到更好的经济效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 国内外相关研究
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 遗传算法
• 2.1 遗传算法概述
• 2.2 遗传算法的实现
• 2.2.1 编码方法
• 2.2.2 适应度函数的构造
• 2.2.3 选择算子
• 2.2.4 交叉算子
• 2.2.5 变异算子
• 2.2.6 遗传算法程序运行参数
• 2.3 遗传算法的基本流程
• 2.4 遗传算法的特点和优势
• 第3章 半刚性钢框架支撑体系的结构分析与静力性能探讨
• 3.1 概述
• 3.1.1 钢框架结构的几何非线性问题
• 3.1.2 框架结构两种主要的二阶弹性分析方法
• 3.2 考虑轴力作用和剪切变形作用的梁柱构件单元刚度方程
• 3.3 考虑连接半刚性的梁柱构件单元刚度方程
• 3.4 半刚性连接的特性和模拟
• 3.4.1 半刚性连接的类型和特性
• 3.4.2 半刚性连接的模拟
• 3.5 半刚性钢框架支撑体系二阶弹性分析程序semiframeanalyst
• 3.5.1 概述
• 3.5.2 结构分析程序SFA流程图
• 3.6 ANSYS通用有限元软件分析半刚性钢框架
• 3.6.1 单元选择
• 3.6.2 建模与求解
• 3.7 算例分析:semiframeanalyst与ANSYS计算结果对比
• 3.7.1 算例说明
• 3.7.2 结果对比与结论
• 3.8 关于半刚性钢框架静力性能的一些探讨
• 3.8.1 计算结果对比
• 3.8.2 结果的讨论
• 第4章 基于遗传算法的半刚性钢框架支撑体系优化设计
• 4.1 半刚性钢框架设计方法探讨
• 4.1.1 国内外设计规范对于连接半刚性的规定
• 4.1.2 本文对于半刚性钢框架设计的考虑
• 4.2 半刚性钢框架支撑体系的优化设计
• 4.2.1 本文优化问题的特点
• 4.2.2 优化的数学模型
• 4.2.3 优化设计的步骤
• 4.2.4 本文所采用遗传的改进
• 4.3 算例和结果讨论
• 4.3.1 单跨十层半刚性钢框架优化设计
• 4.3.2 三跨十层半刚性钢框架优化设计结果
• 4.3.3 总结
• 第5章 钢框架支撑体系的拓扑优化
• 5.1 支撑拓扑优化的意义
• 5.2 支撑拓扑优化的方法
• 5.3 本文框架支撑体系拓扑优化的数学模型和实现方法
• 5.3.1 支撑体系拓扑优化的数学模型
• 5.3.2 结构支撑体系拓扑形式变化的实现
• 5.4 算例和结果
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢