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钢支撑钢管柱

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钢支撑一混凝土框架结构优化的方式

文章出处:未知 人气: 发表时间:1524459430
    我国新版抗震规范中,提出了一种新的结构布置形式:钢支撑一混凝土框架结构。这种结构形式是指在结构的某些部位适当添加支撑结构,形成带钢支撑的钢筋混凝土框架结构,在不提高结构重量、施工难度和强度的前提下,达到提高结构刚度和安全性的目的 J。
    对于钢支撑一混凝土框架结构这一新的结构体系,在设计阶段如何做到确保结构安全、可靠的同时,尽可能的降低结构的造价,使得设计方案更加经济、合理,成为一个亟待解决的课题。这就需要对钢支撑一混凝土框架结构的优化设计进行研究。本文基于虚功原理、拉格朗日法及多级优化的思想,采用VB语言与FORTRAN语言编写了优化程序,对钢支撑一混凝土框架结构进行了包括位移约束与强度约束的优化设计,并对优化效果进行了检验。
    钢支撑
    1 研究现状
    陆新征、江见鲸_3 开展了利用人字支撑提高异型柱框架结构抗扭性能的研究;Baldock.R和Shea.K¨4 根据遗传算法编写了对含支撑系统的钢框架结构进行结构优化的程序;黄冀卓和王湛 采用遗传算法求解了包括钢桁架和框架结构的离散型结构拓扑优化问题;张鹏程、袁兴仁 以增设方钢管对原有框架结构进行抗震加固,发现结构特征周期至少减少46% ;刘峰、谢灏斌、李丽娟 提出了用“启发式拓扑”或“拓扑变量离散化”处理变量的改进群搜索优化方法以解决钢桁架结构拓扑优化设计问题;黄冀卓和王湛 基于遗传算法和渐进结构优化算法,通过引入拓扑变量并修改无效杆件的弹性模量对有支撑钢框架的离散型拓扑优化设计问题进行了研究。
    大多数文献的研究重点均是针对钢框架结构中支撑的优化设计进行了研究,钢支撑一混凝土框架的研究成果大多集中在抗震性能的探索研究上,牵涉到优化设计研究的成果较少;而已有的针对钢筋混凝土框架的优化研究大多数是针对纯框架结构的。因此本文将从工程实际运用出发,探索解决钢支撑一混凝土框架结构优化程序的思路。
    2 程序优化流程及原理
    本程序主要由VB与FORTRAN语言编写。其中VB语言所编写的人机交互界面主要负责前处理与后处理,前处理包括从PKPM 系列软件SATWE模块所产生的数据文件读人结构的几何数据与荷载数据以及从型钢数据库中读取型钢的尺寸数据并且生成能为优化计算程序所读取的数据文件;后处理则包括由VB语言编写程序输出优化结果包括优化后的总造价、优化后梁、柱的截面尺寸、配筋情况和钢支撑的截面尺寸;FORTRAN语言则被用来编制钢支撑~混凝土框架结构的优化计算核心程序,其主要包括了有限元分析程序和优化程序。
    如图1所示,本文的优化过程主要分为两阶段,第一阶段的优化过程是以位移约束为主要的约束条件,其优化变量主要是结构梁、柱的截面高度日和截面宽度B,支撑构件的截面面积A,且这些变量在这一优化过程中均为连续变量,受到截面的最大、最小尺寸的限制,但是不受任何模数制的限制;该优化过程通过拉格朗日乘数法可以找到优化变量满足约束条件的同时使得目标函数取到最优值。该阶段所用的理论公式见2.1节。
    在第二阶段的优化过程中,优化的约束条件将调整为构件的强度条件以及各种构造措施。优化变量为各层梁、柱的混凝土强度等级,梁、柱截面尺寸和对应型钢库内各个型钢截面尺寸的编号变量。