门式刚架基于水平侧移的优化设计

摘要

轻钢结构因其具有重量轻，外形美观，制造方便，施工快捷，质量可靠，建设投资回收快等优点，近年来在我国发展很快。门式刚架大多由变截面构件组成，且构件的腹板一般很薄，允许局部屈曲先于整体屈曲。为了安全，经济的设计门式刚架，需要对其进行内力，位移，稳定性方面的深入研究。 本文对变截面门式刚架构件内力和稳定的弹性计算进行了分析，采用合理的轴向、侧向位移模式推导了变截面梁元的单元弹性弯曲刚度矩阵与考虑轴向力对结构刚度作用的单元几何刚度矩阵。本文还考虑结构屈曲的整体性，对门式刚架稳定设计中变截面柱的计算长度系数，工字形梁在刚架平面内的换算长度系数进行了详尽的理论分析和计算并借助分析设计软件PKPM对门式刚架在不同载荷组合下进行了大量的数值计算。 本文采用ANSYS对变截面门式刚架进行了优化分析，包括截面改变位置的优化和截面尺寸的优化。从分析结果可以看出： ①采用 ANSYS 的beam44单元来模拟变截面梁，用最小二乘逼进方法来进行优化，是一种有效的，能满足一般工程精度要求的优化设计方法。 ②将优化结果和设计初值相比较，可以看出设计初值计算的侧移较小，但是耗费的材料相对较多；优化结果耗费的材料较设计初值减少了 21.9％，且侧移刚好满足限制要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1结构优化设计概述

1.1.1结构优化设计基本概念

1.1.2结构优化设计国内外研究现状

1.2门式刚架概述

1.2.1门式刚架轻型结构体系在国内外的发展概况

1.2.2门式刚架轻型结构的优化设计

1.3工程概况

1.4本文的研究目的及主要分析内容

1.4.1本文研究目的

1.4.2本文的主要分析内容

2变截面门式刚架的结构分析

2.1结构概况

2.2变截面门式刚架的结构分析

2.2.1变截面梁单元的刚度矩阵

2.2.2静力计算

2.2.3变截面门式刚架平面内的弹性稳定分析

2.3小结

3变截面门式刚架优化设计

3.1 ANSYS有限元单元和优化设计介绍

3.1.1空间梁单元：beam44

3.1.2 ANSYS中优化设计

3.2门式刚架优化分析

3.2.1 ANSYS中的优化模型建立

3.2.2优化结果

3.3本章小结

4结论

4.1主要研究工作

4.2主要结论

4.3后续工作展望

致 谢

参考文献

附 录