本文關(guān)鍵詞：體育場(chǎng)變截面鋼桁架罩棚的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

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【摘要】：空間鋼桁架結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)潔多變,并且具有良好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及受力特性,近幾十年來(lái),隨著各種大型奧運(yùn)會(huì)、博覽會(huì)等國(guó)家重大社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的開(kāi)展,該類(lèi)結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于體育場(chǎng)館、會(huì)議場(chǎng)館和機(jī)場(chǎng)車(chē)站等公共建筑,因此,對(duì)空間鋼桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)顯的尤為重要。對(duì)于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),要想確定一個(gè)最優(yōu)合理的方案,主要依賴(lài)于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)水平,通常是通過(guò)多個(gè)方案比對(duì)選出的可行方案,但并不代表最優(yōu)方案,因此對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)有很重要的意義。而結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和方法目前發(fā)展較成熟,但在土木工程實(shí)際應(yīng)用中還比較落后。本文以某個(gè)體育場(chǎng)罩棚工程為研究對(duì)象,運(yùn)用有限元軟件ANSYS對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化研究分析,以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)耗鋼材最少的目的,研究主要內(nèi)容如下:(1)運(yùn)用3D3S12.1鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件和ANSYS12.0有限元分析軟件分別建立體育場(chǎng)桁架罩棚的模型,考慮各種組合下的荷載工況,分別對(duì)其進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算分析,了解罩棚結(jié)構(gòu)越靠近支座處桿件內(nèi)力越大的受力特點(diǎn)及懸臂端豎向位移最大的變形特點(diǎn),通過(guò)兩種軟件結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證使用ANSYS軟件對(duì)后續(xù)結(jié)構(gòu)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(duì)應(yīng)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(duì)比研究各幾何參數(shù)對(duì)罩棚承載力及經(jīng)濟(jì)性能的影響,發(fā)現(xiàn)懸挑端截面高度H變化對(duì)桁架整體剛度影響顯著,而桁架截面寬度B與節(jié)間長(zhǎng)度S變化對(duì)桁架用鋼量影響顯著,截面高度比m對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力影響很小,但對(duì)于懸挑結(jié)構(gòu)具有重要的優(yōu)化意義。并總結(jié)出對(duì)于類(lèi)似于本文的倒三角變截面懸挑桁架結(jié)構(gòu),其設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)量綱參數(shù)B/H、S/B、H/L和m較經(jīng)濟(jì)的建議取值。(3)通過(guò)ANSYS軟件中的優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊,基于APDL語(yǔ)言,做進(jìn)一步的桿件截面優(yōu)化,確定最終優(yōu)化后的罩棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對(duì)比發(fā)現(xiàn)比原始罩棚設(shè)計(jì)節(jié)省了鋼材20.1%,取得比較好的經(jīng)濟(jì)效益。(4)分別以?xún)?yōu)化前后罩棚結(jié)構(gòu)為模型,計(jì)算自振頻率及觀察各自振動(dòng)模態(tài),并研究在EL-Centro地震波作用下,結(jié)構(gòu)的動(dòng)力時(shí)程分析,對(duì)比研究可發(fā)現(xiàn),優(yōu)化前后罩棚結(jié)構(gòu)的縱向聯(lián)系布置較合理,優(yōu)化后并未對(duì)罩棚的抗震性能造成很大影響,驗(yàn)證了此次優(yōu)化的合理性,達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)研究的目的。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TU391

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本文編號(hào)：1243889