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连续深梁优化设计

汤安静  
【摘要】:随着高层建筑功能的多样化,连续深梁的应用逐渐广泛。目前,我国《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)虽然给出连续深梁应采用二维弹性分析求得的内力进行设计的原则,但缺乏明确的计算模型和可靠的承载力计算公式,使得实际工程中连续深配筋设计的经济性及安全性都有待商榷。拉-压杆模型由于能真实反应深梁的传力机制,设计思路清楚,已被多国规范采纳,成为复杂受力构件的推荐设计方法。但是,如何得到合理的符合工程实际的拉-压杆模型,仍然是工程设计研究工作中的一个重大难题。刘霞、易伟建将遗传算法和ESO算法结合在一起,形成了一种新的ESO—遗传演化结构优化算法(简称GESO),可根据此算法得到比较合理的钢筋混凝土深梁拓扑图形。不过,对于连续深梁而言,根据它们的GESO拓扑图形建立拉-压杆模型依然是一个繁琐与困难的过程。本文将采用GESO算法对连续深梁模型进行拓扑优化,然后运用基于GESO拓扑图形的应力配筋法对模型进行配筋,并对比按中国规范配筋的结果进行有限元分析。本文的主要研究工作和成果如下:1、运用遗传演化结构优化算法得到共13根无孔、开孔、跨数不同、荷载不同和开孔大小、位置、数目不同的连续深梁的拓扑图形,并结合一些满足Michell准则的典型平面应变场总结它们的图形规律。2、选取其中9根富有代表性的深梁模型,分别用本文提出的基于GESO的配筋方法和中国规范配筋方法进行配筋。基于GESO的配筋方法可直接从拓扑优化结果得到杆件的内力进行配筋,它比美国规范中重新建立拉-压杆模型再计算所得的杆件内力要精确与方便。3、应用专业的钢筋混凝土分析软件ATENA对上述9组18根连续深梁配筋构件进行非线性有限元分析,模拟其裂缝开展、极限承载力、破坏形态,以及分析影响连续深梁构件受力性能的几个要素,并对两种配筋方法做出比较。


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