本文關鍵詞：體育場變截面鋼桁架罩棚的優(yōu)化設計研究

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【摘要】：空間鋼桁架結構形式簡潔多變,并且具有良好的經(jīng)濟指標及受力特性,近幾十年來,隨著各種大型奧運會、博覽會等國家重大社會經(jīng)濟活動的開展,該類結構被廣泛應用于體育場館、會議場館和機場車站等公共建筑,因此,對空間鋼桁架結構進行安全經(jīng)濟的設計顯的尤為重要。對于傳統(tǒng)的結構設計,要想確定一個最優(yōu)合理的方案,主要依賴于設計者的經(jīng)驗水平,通常是通過多個方案比對選出的可行方案,但并不代表最優(yōu)方案,因此對結構進行優(yōu)化設計有很重要的意義。而結構優(yōu)化設計理論和方法目前發(fā)展較成熟,但在土木工程實際應用中還比較落后。本文以某個體育場罩棚工程為研究對象,運用有限元軟件ANSYS對其進行優(yōu)化研究分析,以達到優(yōu)化設計耗鋼材最少的目的,研究主要內(nèi)容如下:(1)運用3D3S12.1鋼結構設計軟件和ANSYS12.0有限元分析軟件分別建立體育場桁架罩棚的模型,考慮各種組合下的荷載工況,分別對其進行內(nèi)力計算分析,了解罩棚結構越靠近支座處桿件內(nèi)力越大的受力特點及懸臂端豎向位移最大的變形特點,通過兩種軟件結果對比,驗證使用ANSYS軟件對后續(xù)結構尺寸優(yōu)化的合理性及可行性。(2)在最不利荷載工況組合作用下,改變桁架幾何尺寸建立不同單榀有限元模型,并建立對應單榀桁架耗鋼材體積最少的部分整體罩棚有限元模型,綜合對比研究各幾何參數(shù)對罩棚承載力及經(jīng)濟性能的影響,發(fā)現(xiàn)懸挑端截面高度H變化對桁架整體剛度影響顯著,而桁架截面寬度B與節(jié)間長度S變化對桁架用鋼量影響顯著,截面高度比m對結構承載能力影響很小,但對于懸挑結構具有重要的優(yōu)化意義。并總結出對于類似于本文的倒三角變截面懸挑桁架結構,其設計時無量綱參數(shù)B/H、S/B、H/L和m較經(jīng)濟的建議取值。(3)通過ANSYS軟件中的優(yōu)化設計模塊,基于APDL語言,做進一步的桿件截面優(yōu)化,確定最終優(yōu)化后的罩棚結構設計,對比發(fā)現(xiàn)比原始罩棚設計節(jié)省了鋼材20.1%,取得比較好的經(jīng)濟效益。(4)分別以優(yōu)化前后罩棚結構為模型,計算自振頻率及觀察各自振動模態(tài),并研究在EL-Centro地震波作用下,結構的動力時程分析,對比研究可發(fā)現(xiàn),優(yōu)化前后罩棚結構的縱向聯(lián)系布置較合理,優(yōu)化后并未對罩棚的抗震性能造成很大影響,驗證了此次優(yōu)化的合理性,達到了優(yōu)化設計研究的目的。
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU391

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