桁架和刚架结构两层面承载能力优化设计研究

摘要

工程结构优化设计可在满足安全性要求下，通过合理使用材料，有效节省结构耗材量，达到节省造价的目标。目前传统方法通常依据设计荷载下结构弹性受力状态开展优化设计，其结果难以保证结构在罕遇荷载、极限荷载下进入弹塑性状态时的整体安全性。鉴于此，本文在已有研究成果基础上，结合满应力准则法开展桁架和刚架结构两层面承载能力优化设计研究，主要工作包括:
　　1、建立了能保证构件和结构两层面安全的桁架结构优化设计方法。引入结构极限承载力分析的弹性模量缩减法（简记为EMRM），提出了基于构件承载比的桁架结构高低承载构件识别准则，依据截面强度和安全系数之间的正比例关系建立了高承载构件截面强度的调整策略，系统提出了桁架结构两层面承载力设计方法，进而提出了以均匀承载作为优化准则的低承载构件截面强度策略，实现了桁架结构两层面承载力的优化。
　　2、建立了能保证构件和结构两层面安全的刚架结构优化设计方法。考虑到刚架结构在组合内力下的承载特点，提出了矩形和工字型截面几何参数的反演计算方法。同时根据构件截面的齐次广义屈服函数建立了刚架结构高承载和低承载构件的识别准则，提出了高承载和低承载构件的截面强度调整策略，系统建立了刚架结构两层面承载力优化设计的均匀承载准则法。通过与传统优化设计的满应力准则法对比分析，验证了本文方法的有效性。
　　3、研究了桁架和刚架结构两层面优化设计的主要影响因素及基本规律。针对优化分析主要影响参数——EMRM收敛容差、强度调整增强系数和优化收敛容差进行影响因素分析。进而，在综合考虑计算精度、计算效率和经济性要求的基础上，给出了主要影响参数的建议值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 工程背景与研究意义

1．2 结构优化设计研究现状

1．2．1 发展历程

1．2．2．数学规划法

1．2．3 优化准则法

1．2．4 智能优化法

1．2．5 结构优化设计方法的对比

1．3 论文研究内容

第二章 结构优化的满应力准则法及其改进研究

2．1 引言

2．2 满应力准则法概述

2．3 桁架结构的满应力准则法

2．3．1 基本原理

2．3．2 算例分析

2．3．3 存在问题与分析

2．4 刚架结构的满应力准则法

2．4．1 基本原理

2．4．2 工字型截面参数换算关系式

2．4．3 算例分析

2．4．4 存在问题与分析

2．5 小结

第三章 桁架结构承载力的两层面优化设计方法

3．1 引言

3．2 弹性模量缩减法

3．2．1 单元承载比

3．2．2 弹性模量调整策略

3．2．3 结构极限承载力计算

3．3 桁架结构两层面承载力及其优化设计

3．3．1 高低承载构件的识别

3．3．2 两层面承载安全性设计

3．3．3 两层面承载力优化设计

3．4 工程实例与影响因素分析

3．4．1 算例1 平面桁架

3．4．2 算例2 空间桁架

3．4．3 算例3 空间桁架

3．5 小结

第四章 刚架结构承载力的两层面优化设计方法

4．1 引言

4．2 基于齐次广义屈服函数的弹性模量缩减法

4．2．1 单元承载比

4．2．2 弹性模量调整策略及极限承载力求解

4．3 刚架结构两层面承载力及其优化设计

4．3．1 高低承载构件的识别

4．3．2 两层面承载安全性设计

4．3．3 两层面承载力优化设计

4．3．4 构件截面几何参数求解

4．4 工程实例与影响因素分析

4．4．1 算例1 矩形截面两层框架

4．4．2 算例2 矩形截面六层框架

4．4．3 算例3 工字型截面三层平面框架

4．4．4 算例4 工字型截面空间框架

4．5小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表情况

攻读硕士学位期间参与的科研项目