大悬挑钢管桁架结构优化设计研究

摘要

空间桁架结构具有自重轻、造价低和施工简单等特点。但是，目前惯用的设计方法是先假定杆件截面，再验算强度、刚度、稳定性等，要获得较优的经济指标主要凭借设计者的经验。可见，对空间桁架结构进行优化设计研究，使结构在满足规范要求及特定条件下最大限度地节约材料、降低成本，具有重要意义。
　　 本文以南昌市东城经济发展中心广场前雕塑-大悬挑钢管桁架结构为工程背景，将理论与优化设计计算相结合，对结构进行多方面的有限元分析，以达到优化设计的目的。
　　 (1)通过AutoCAD建立大悬挑桁架结构的三维模型，利用Etabs有限元软件进行分析，并用MIDAS软件进行验算，设计分析过程中考虑各种工况下的荷载组合，然后进行结构计算，得到大悬挑桁架结构截面的初步尺寸，通过比较杆件内力，减小截面尺寸的方法对桁架截面进行简单优化。
　　 (2)介绍大型有限元软件ANSYS中的优化设计原理和优化设计过程。
　　 (3)将结构优化理论和ANSYS相结合，利用ANSYS软件当中的优化设计模块，以实际的大悬挑钢管桁架结构为算例，提出两种结构布置方案并进行优化设计，以此来研究优化设计理论在大悬挑钢管桁架结构优化分析当中的应用。优化过程中，以满足强度、稳定性、刚度为约束条件，以钢管的外半径以及钢管壁厚为设计变量，整个桁架结构的全部用钢体积为目标函数。通过ANSYS软件中的优化算法得到桁架结构的最优设计。最后将优化设计结果与传统的结构设计结果以及初步优化结果进行对比验证优化成果。
　　 (4)分别以方案一优化前后悬挑桁架结构为模型，计算其自振频率，观察结构振动模态，观察结构优化对自振频率的影响.再输入El-Centro波，对结构进行地震反映时程分析，观察对比结构优化前后的抗震性能。