體育場變截面鋼桁架罩棚的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、空間鋼桁架結(jié)構(gòu)形式簡潔多變，并且具有良好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及受力特性，近幾十年來，隨著各種大型奧運(yùn)會(huì)、博覽會(huì)等國家重大社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的開展，該類結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于體育場館、會(huì)議場館和機(jī)場車站等公共建筑，因此，對空間鋼桁架結(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，主要依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)水平，通常是通過多個(gè)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(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

2、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)體育場罩棚工程為研究對象，運(yùn)用有限元軟件ANSYS對其進(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桁架罩棚的模型，考慮各種組合下的荷載工況，分別對其進(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)，通過兩種軟件

3、結(jié)果對比，驗(yàn)證使用ANSYS軟件對后續(xù)結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化的合理性及可行性。
　?。?）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(yīng)單榀桁架耗鋼材體積最少的部分整體罩棚有限元模型，綜合對比研究各幾何參數(shù)對罩棚承載力及經(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(jié)構(gòu)承載能力影響很小，但對于懸挑結(jié)構(gòu)具有重要的優(yōu)化意義。并總

4、結(jié)出對于類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ANSYS軟件中的優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，基于 APDL語言，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。
　?。?）分別以優(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