厚板轉(zhuǎn)換層的拓?fù)鋬?yōu)化及選型研究.pdf

1、厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換能力強(qiáng)，特別適用于體型復(fù)雜、功能繁多的結(jié)構(gòu)，但由于轉(zhuǎn)換板的重量很大，不僅增大了對(duì)下部垂直構(gòu)件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，也使得整個(gè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)性能極為復(fù)雜，容易發(fā)生震害。本文以大型通用軟件ANSYS為平臺(tái)，以其自帶語(yǔ)言APDL為二次開(kāi)發(fā)工具，運(yùn)用漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法對(duì)厚板轉(zhuǎn)換層進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，以減輕轉(zhuǎn)換層重量，提高結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果提出兩種新型轉(zhuǎn)換板，并對(duì)其受力性能和和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析研究。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　

2、 (1)根據(jù)不同的研究目的，編制相應(yīng)的計(jì)算和優(yōu)化命令流，除ANSYS中的常規(guī)功能外，還用到子模型技術(shù)、單元生死、宏文件等高級(jí)技術(shù)。
　　 (2)對(duì)某一工程算例進(jìn)行靜力優(yōu)化，探討了漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法應(yīng)用在混凝土等各向異性材料中時(shí)應(yīng)力準(zhǔn)則的選取，提出了用修正巴蘭金理論衡量單元的應(yīng)力水平，指導(dǎo)優(yōu)化的進(jìn)行。針對(duì)實(shí)際工程有限元計(jì)算中單元類(lèi)型繁雜，節(jié)點(diǎn)位移計(jì)算量大的問(wèn)題，提出了一種采用單元應(yīng)變能和特定方向的單元位移來(lái)表示單元位移靈敏度的方法，

3、這一方法在通用有限元軟件中使用特別方便。最后由靜力優(yōu)化結(jié)果得出本文算例中轉(zhuǎn)換厚板的傳力路徑。
　　 (3)提出結(jié)構(gòu)動(dòng)力優(yōu)化的兩類(lèi)優(yōu)化目標(biāo)：頻率優(yōu)化使得結(jié)構(gòu)固有頻率遠(yuǎn)離激振力頻率，從而避免共振；動(dòng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)優(yōu)化保證優(yōu)化所得的結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下的內(nèi)力和位移在允許范圍之內(nèi)。對(duì)本文算例，分別選取兩個(gè)主軸方向的一階橫向彎曲和一階扭轉(zhuǎn)所對(duì)應(yīng)頻率，對(duì)厚板轉(zhuǎn)換層進(jìn)行頻率優(yōu)化，通過(guò)改變厚板拓?fù)涫沟谜w結(jié)構(gòu)的低階頻率避開(kāi)場(chǎng)地卓越頻率。推導(dǎo)了采

4、用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算地震作用時(shí)的單元靈敏度公式，當(dāng)采用不同方法估計(jì)體系最大反應(yīng)時(shí)，靈敏度公式也有所不同，這一方法適用于自編程的工程拓?fù)鋬?yōu)化。提出了直接采用振型組合后得到的內(nèi)力結(jié)果計(jì)算動(dòng)靈敏度，這一方法適用于可以用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算地震作用的通用有限元軟件。對(duì)本文算例進(jìn)行地震作用下動(dòng)力優(yōu)化，得出厚板承力和傳力途徑。
　　 (4)提出兩種新型轉(zhuǎn)換板結(jié)構(gòu)，局部減薄不均勻轉(zhuǎn)換板和鋼—混凝上組合空腹轉(zhuǎn)換板，并對(duì)原轉(zhuǎn)換板和兩種新型轉(zhuǎn)換板

5、進(jìn)行靜力分析比較，重點(diǎn)比較轉(zhuǎn)換厚板和下部豎向構(gòu)件的受力。對(duì)局部減薄不均勻厚板，根據(jù)挖塊的不同大小和位置設(shè)計(jì)了16種減薄方案，并對(duì)各種方案結(jié)果進(jìn)行分析比較，研究不同位置不同大小的挖塊對(duì)轉(zhuǎn)換板下部豎向構(gòu)件以及厚板本身受力的影響。對(duì)鋼—混凝土組合空腹轉(zhuǎn)換板，特別分析了組合板中鋼骨架和剪力鍵的內(nèi)力情況，對(duì)實(shí)際工程中剪力鍵的處理提出建議。
　　 (5)對(duì)原結(jié)構(gòu)和帶兩種新型轉(zhuǎn)換板的高層結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析比較，重點(diǎn)比較前30階振型的規(guī)律。對(duì)三種