弯剪构件结构体系的优化准则和优化手段的实施分析

1、中国问道论文网：弯剪构件结构体系的优化准则和优化手段的实施分析    中国问道论文网：弯剪构件结构体系的优化准则和优化手段的实施分析 摘要:缀板梁体系,是基于准则法结构优化理论的创新结构形式,从准则法结构优化理论出发,提出了弯剪构件结构体系的优化准则和优化手段,论文代写提出的优化准则是每根梁上的多个弯矩峰值相等,优化手段是设置附加剪弯杆(缀板)并以其位置和刚度为主要设计变量进行优化。 关键词:结构优化设计 大跨度结构 楼盖结构 Abstract: The latticed beam system is a new-inven

2、ted structure type based on structural theory of optimality criteriamethod. From structural theory of optimality criteria method, the optimality criteria and optimizing mechanism of structuralsystem of shear-bending bars are presented in this paper.The optimality criteria presented is equalizing all

3、 extrema ofbending moment at a beam. Optimizingmechanism is seting up extra shear-bending bars (latticed plates) and adjustingtheirpositions and stiffness to optimization.Keywords: optimization design of structurelong-span structurefloor structure 0前言笔者研究大跨度缀板梁体系以来,已经提出了基本概念、技术关键和设计要点1,2等,这些都是实

4、际应用中必须面对的。但是仅探讨这些是不够的,为了更好地应用和研究拓展,这种结构体系暨结构思想的本源,或者说理论基础,尚应进行介绍。 1工程实例自从本课题的研究暨提出缀板梁思想以来,在山东邮政技术中心、莱芜文化中心、济南阳光100国际新城会所、莱芜交警综合楼、鄄城县委党校餐厅等多处新建工程的设计中,以及石油大厦抽柱形成大空间的改造工程中,都采用了这种结构,取得了很好的效果。莱芜文化中心,地下1层,上部6层,要求18m跨度的空间,使得每榀框架都有5根18m跨度的长梁,如图1所示。为了优化结构性能,明显地减小梁的断面,在梁的适当部位设置了4块板构件,即图1中的虚线。此板件的作用是调节优化梁

5、系的内力状态,不是像柱或墙那样从上面的梁向下面的梁传递荷载,笔者将这样的构件称为缀板,缀板和这5根梁共同形成的这一局部体系称为缀板梁体系。设置缀板使得受力状态大大改善,4根梁的断面为0·4m×0·8m,1根梁的断面为0·4m×0·75m,很轻巧,非预应力,普通钢筋混凝土。请注意,缀板梁体系中缀板的位置是很关键的,是按照优化概念和优化准则来确定的。 济南阳光100国际新城的一幢建筑,是澳大利亚某机构进行方案设计的。此建筑中有一处悬挑15m的楼层,见图2。按照要求,这一段悬挑的楼层,其墙体都是透明的玻璃墙,墙体是不能做成外伸悬挑大梁用于承

6、载的,只能将楼面做成悬挑的梁板;而且,或许是出于防火的考虑,明确要求用混凝土结构,不得用钢结构。但是,悬挑15m的混凝土梁板,按照通常的做法是很困难的,或者是相当笨重的。为了解决这个问题,采用了缀板梁体系,承载范围9m宽并且悬挑15m的梁,断面尺寸仅0·9m×0·9m,而且是普通钢筋混凝土,没有采用预应力或其他复杂做法,以方便施工,并保证良好的延性利于抗震。效果良好。  2基于准则法结构优化理论的缀板梁基本原理2·1结构优化理论缀板梁体系,是以准则法结构优化理论为基础的。结构设计中,工程师总会力求性能好、用料省、造价低、施工方便,这是结构优化的

7、朴素意识。众所周知,结构优化3,4按方法来说,一般可分为两类,一类是建立目标函数并使用数学规划法求解设计变量的方法,另一类是确定优化准则并寻求最优解的准则法优化方法。事实上,在建筑结构方面,数学规划法优化在实际应用时显出一些不足,相比之下,准则法优化的实用性就强一些,尽管准则法优化往往只得到近似最优解。例如,网架、非单层网壳等桁架类拉压杆钢结构的一些实际设计中,有时使用满应力准则优化方法。结构的优化过程,实质上都是一个调节调整的过程,调整结构逼近最优状态。一般桁架类结构的调整,是调整各杆件的断面面积,去逼近满应力状态或其他最优状态;各构件受弯和剪的一般框架类结构,已有的一些优化方法也几乎都是调

8、整各杆段的截面,以达到同态设计或其他最优状态,但是实践证明,这种优化价值甚微,所得到的最优状态与优化前的状态没有多大差别。对于本文所讨论的梁系结构,下面将提出一种调整方法和一种优化准则,以形成一种方便实用的准则优化方法。2·2缀板梁的调整手段和机理对于梁系或者框架类结构,在荷载给定情况下,构件的布置及节点构造才是决定内力分布的主要因素。以图3所示悬挑的一个楼层为例,在未予调节情况下,弯矩分布如图4所示,梁中最大弯矩0·5ql2;如果在楼层的端部设置一根与梁同样刚度的竖杆,弯矩分布被调节为图5所示,梁固定端弯矩为0·341ql2,比调节前的0·5ql2小了

9、32%,另一端的弯矩0·159ql2。附加设置的这根竖杆,主要承受弯矩和剪力,虽是竖向的,但并非像柱那样通过它从上层梁向下层梁传递荷载,它的作用是调节梁的弯矩分布。这类构件前面已取名缀板,称为附加剪弯杆也可以,相应地,整个体系称为缀板梁或缀板格构梁。如果像图6那样在梁的中部设置一根与梁同样刚度的竖杆,弯矩分布将与图5完全不同,梁固定端 弯矩为0·329 8ql2,缀板左侧的梁断面弯矩为0·090 18ql2。不仅缀板的位置显著地影响着调节效果,缀板的刚度(实际上是相对于梁的刚度)也有影响,以图6所示杆件位置为例,缀板与梁的刚度之比 代写毕业论文综上所述,缀板梁体系的优化手段是适当地设置和调整缀板。通过设置缀板,弯矩的峰值显著减小,计算表明,结构的刚度也显著增加;请注意,缀板使得原来的弯矩峰值减小了,但是峰值断面数目却增多了,图4的每根梁有一个峰值断面,图5的每根梁有两个峰值断面,图6的每根梁有三个峰值断面。弯矩峰值显著减小,因而可以减小构件断面尺寸,从