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基于遗传算法的防屈曲支撑组合框架优化研究

叶达伟  
【摘要】:目前在防屈曲支撑BRB(Buckling restrained brace)组合框架结构的设计中,一般通过确定结构的防屈曲支撑与框架结构抗侧刚度的比值,来计算防屈曲支撑的抗侧刚度,进而确定防屈曲支撑的芯板截面面积。该方法通过对结构抗侧刚度比进行试算,得到合适的固定数值,进而统一计算各层防屈曲支撑的抗侧刚度。由于结构在地震作用下不同层之间的抗侧性能存在差异,以固定数值的抗侧刚度比设计的防屈曲支撑无法对地震反应较大和较小的楼层进行有针对的调整,不利于充分发挥防屈曲支撑的耗能性能。近年来,通过智能算法对结构进行优化研究越发受到重视,其中遗传算法的快速随机搜索、并行计算、可扩展性等特点,在众多领域得到广泛的应用。因此,本文以设置了防屈曲支撑的组合框架结构各层抗侧刚度的比值为可变的思路,编制了基于遗传算法的优化程序,对结构各层的抗侧刚度比进行优化设计,得到兼顾结构抗震性能与经济性的最优防屈曲支撑设计结果。主要创新内容和研究成果如下:1.对防屈曲支撑组合框架结构进行介绍,对抗侧刚度比以及遗传算法的发展与研究现状进行总结,并对遗传算法应用于防屈曲支撑组合框架结构优化研究的意义进行了分析。2.分析遗传算法在防屈曲支撑组合框架结构中的应用方法。通过对遗传算法中的参数进行改进,以适应本文研究的模型结构,研究防屈曲支撑组合框架结构的分析模型,确定防屈曲支撑与组合框架的协同工作关系,明确程序优化的数学模型。3.进行结构构件设计,确定固定抗侧刚度比并进行程序优化设计,对结构进行弹性阶段分析、静力非线性与动力非线性分析,在7条地震波作用下,比较以层间位移角最大值、基底剪力为限值,与防屈曲支撑总截面面积为限值以及固定抗侧刚度比三种方案设计的结构的地震响应。分析结果表明:采用变化抗侧刚度比设计的结构在相同抗震性能下,能有效减少支撑用量;以及在相同支撑用量下,能有效提高结构抗震性能。4.将防屈曲支撑在结构平面内的布置位置对结构抗震性能的影响进行研究,在防屈曲支撑芯板截面面积确定的情况下,对6种不同的支撑布置位置的结构进行抗震性能分析,优选最能发挥防屈曲支撑特性的支撑布置位置。并在确定防屈曲支撑芯板截面面积后,对支撑各组成部分进行外形及尺寸设计。5.结合防屈曲支撑的截面设计方法及支撑布置位置的研究结果,对实际工程进行防屈曲支撑的加固改造,以满足更高的抗震设防要求。并基于此提出一套防屈曲支撑组合框架结构的设计方法。对优化程序进行可视化的开发设计,便于工程设计的推广应用。


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