变截面门式刚架截面优化程序设计

摘要

随着计算机的日益普及和优化算法的快速发展，将计算机和先进的优化算法融合进工程结构领域，对结构(或构件)进行快速、准确的优化设计，已经成为当前工程结构设计领域不可避免的趋势。本文正是基于这样的背景之下，并结合当前钢结构尤其是轻钢结构的迅猛发展势头，提出了变截面门式刚架截面优化设计这样一个具有实际工程应用前景的课题。而就现在的一些门式刚架轻钢厂房的设计中，对门式刚架目前的设计方法主要是通过多次反复的“设计-分析-再设计”的过程，才可能得到一个较为满意的设计方案，显然这个设计过程是人工试凑与类比分析的过程，不仅需要花费较多的时间，延长设计周期，而且只限于在少数几个候选方案中进行比较分析，所以这样就或多或少的存在一些钢材富余的现象，造成了一些不必要的浪费。本文所编程序采用VC++开发环境，以罚函数内点法优化理论为基础，编写优化程序。此程序可以对横梁是变截面双楔形，刚架柱柱脚为铰接，无吊车荷载的这种门式刚架进行刚架截面的优化，在给定了设计资料后，只需把相应的设计参数指定，程序会自动进行计算出门式刚架各个控制截面截面尺寸的最优值，这样将大大减少设计计算的时间，而且还能做到最优。以电算为着眼点的优化设计的意义也是非常明显的，首先，节省了大量的设计时间，缩短了设计周期；其次，使没有设计经验的人员也能快速的做出变截面门式刚架截面优化设计；最后，得出经济指标，减少结构造价。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的提出

1.1.1钢结构建筑和门式刚架轻型钢结构的发展

1.1.2结构优化设计的发展

1.2课题研究的背景和工程意义

1.2.1变截面门式刚架截面优化设计研究的必要性

1.2.2变截面门式刚架截面优化设计研究的意义

1.3与课题相关的研究进展

1.3.1国内外相关结构分析软件的发展现状

1.4本文的主要工作

1.4.1变截面门式刚架截面优化设计的理论依据

1.4.2变截面门式刚架截面优化程序的编制

第二章轻钢结构门式刚架设计

2.1门式刚架的结构形式和布置

2.1.1结构形式

2.1.2结构布置

2.2门式刚架计算简图的确定

2.3门式刚架的荷载计算和荷载组合

2.3.1层面荷载

2.3.2 风荷载

2.3.3 吊车荷载

2.3.4 地震作用

2.3.5 荷载组合

2.4.门式刚架的作用效应计算

2.4.1 刚架的内力计算

2.4.2控制截面及最不利内力组合

2.5门式刚架构件的截面验算

2.5.1腹板的有效宽度计算

2.5.2板件最大宽度厚比和屈曲后强度的利用

2.5.3刚架构件的强度和稳定计算

2.6本章小结

第三章工程结构优化原理与方法

3.1概述

3.2优化分析原理与方法

3.2.1数值分析

3.2.2 优化理论分析

3.2.3 罚函数法

3.3本章小结

第四章程序分析

4.1程序开发环境

4.2建立数学模型

4.2.1设计变量

4.2.2目标函数

4.2.3约束条件

4.3程序分析

4.3.1相关参数变量

4.3.2约束条件

4.3.3程序流程分析

4.3.4界面介绍

4.4设计实例对比

4.5结论

结论与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢