鋼筋混凝土復雜應力構(gòu)件的配筋優(yōu)化研究.pdf

1、鋼筋混凝土復雜應力構(gòu)件的配筋設計一直是一個難點，過去常使用經(jīng)驗方法，當前漸漸流行應力方法。從力學概念上來講，這是一次很大的進步。然而當前已有的應力方法還不夠成熟，存在著諸多的問題。本文正是以解決這些問題為出發(fā)點，致力于推動復雜應力構(gòu)件的設計從經(jīng)驗和半經(jīng)驗方法到彈性應力方法，再到彈塑性應力方法，在已有的遺傳演化結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎上提出了一種相對更合理同時也便于使用的設計方法，并對其各方面的性能進行了研究。論文包括以下主要內(nèi)容:
　　根據(jù)

2、已有的開洞深梁試驗結(jié)果探討了目前基于整體式模型分析的遺傳演化結(jié)構(gòu)優(yōu)化的優(yōu)缺點，其在擁有良好的拓撲構(gòu)造能力的同時也存在不少缺陷，例如基于線彈性分析的結(jié)果，忽略混凝土結(jié)構(gòu)非線性受力的特點使得分析不夠準確，得到的拓撲可視化圖形結(jié)果往往較為模糊，簡化建立拉壓桿模型時主觀因素干擾較強，最終得到一個鋼筋配置較集中、破壞形態(tài)不夠理想的設計結(jié)果。因此，本文提出遺傳演化結(jié)構(gòu)優(yōu)化新的應用方式——鋼筋分離式模型遺傳演化結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將遺傳演化結(jié)構(gòu)優(yōu)化從彈性應力方

3、法推廣到彈塑性應力方法，考慮材料非線性的影響，降低優(yōu)化過程的主觀因素，提高了分析的精準度和合理性。然后進一步基于應力包絡值完成了優(yōu)化，將這種新方法從針對單個荷載的情形推廣到可應用于多個荷載的情形，改善了該方法的實用性，使其更加接近工程設計需要。
　　本文以深梁、剪力墻、牛腿等多種復雜應力構(gòu)件作為數(shù)值算例完成了相應鋼筋分離式模型遺傳演化結(jié)構(gòu)優(yōu)化的拓撲構(gòu)造，然后鋼筋分離式模型遺傳演化結(jié)構(gòu)優(yōu)化被用以與多種已有的方法進行設計用鋼量的對比，

4、由此其可行性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性都得到了初步的驗證。本文還利用ATENA軟件進行相關(guān)的非線性有限元仿真分析，比較鋼筋分離式模型遺傳演化結(jié)構(gòu)優(yōu)化、彈性應力方法和經(jīng)驗方法設計的開洞剪力墻構(gòu)件在極限承載力、變形、裂縫開展、破壞形態(tài)等方面的性能差別，再通過靜力加載完成了四片開洞剪力墻試件的對比試驗，一方面探討鋼筋分離式模型遺傳演化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的開洞剪力墻的極限承載力、延性變形能力、剛度退化過程、鋼筋工作狀況和破壞形態(tài)，另一方面對比彈性應力方法和作為

5、一種彈塑性應力方法的鋼筋分離式模型遺傳演化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的試件性能的差異，同時也為鋼筋混凝土剪力墻受力性能和配筋設計的研究提供試驗依據(jù)，從而應力方法，尤其是其中的鋼筋分離式模型遺傳演化結(jié)構(gòu)優(yōu)化這種新方法的可靠性和優(yōu)越性得到了進一步的證明。
　　本文最后分析了靜力試驗中記錄的應變和裂縫數(shù)據(jù)，由此探討復雜應力構(gòu)件隨之損傷而發(fā)生的應力重分布和傳力路徑改變的現(xiàn)象，構(gòu)件內(nèi)部應力場變化對其承載的影響，不同方法設計的試件傳力路徑變化與最終破壞形態(tài)

6、之間的關(guān)系等幾個問題。研究表明，進行復雜應力構(gòu)件的配筋設計時應致力于使傳力路徑變化緩和，傳力順暢，即應使裂縫開展得到鋼筋合適程度的控制，控制過松傳力路徑可能迅速變窄，引起試件過早破壞;控制過嚴又可能使應力分布發(fā)生劇變，構(gòu)件發(fā)生不可預料的脆性破壞。試驗中，彈性應力方法設計的試件正是由于鋼筋配置過于集中，局部區(qū)域鋼筋對裂縫的控制過嚴，破壞偏脆性，而作為彈塑性應力方法的鋼筋分離式模型遺傳演化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的試件鋼筋較為分散，裂縫可以得到足夠的開