厚板轉(zhuǎn)換層的拓撲優(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，特別適用于體型復雜、功能繁多的結(jié)構(gòu)，但由于轉(zhuǎn)換板的重量很大，不僅增大了對下部垂直構(gòu)件的強度設計要求，也使得整個結(jié)構(gòu)振動性能極為復雜，容易發(fā)生震害。本文以大型通用軟件ANSYS為平臺，以其自帶語言APDL為二次開發(fā)工具，運用漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法對厚板轉(zhuǎn)換層進行拓撲優(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，并對其受力性能和和經(jīng)濟效益進行分析研究。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　

2、 (1)根據(jù)不同的研究目的，編制相應的計算和優(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、宏文件等高級技術(shù)。
　　 (2)對某一工程算例進行靜力優(yōu)化，探討了漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法應用在混凝土等各向異性材料中時應力準則的選取，提出了用修正巴蘭金理論衡量單元的應力水平，指導優(yōu)化的進行。針對實際工程有限元計算中單元類型繁雜，節(jié)點位移計算量大的問題，提出了一種采用單元應變能和特定方向的單元位移來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)動力優(yōu)化的兩類優(yōu)化目標：頻率優(yōu)化使得結(jié)構(gòu)固有頻率遠離激振力頻率，從而避免共振；動荷載作用下的結(jié)構(gòu)優(yōu)化保證優(yōu)化所得的結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的內(nèi)力和位移在允許范圍之內(nèi)。對本文算例，分別選取兩個主軸方向的一階橫向彎曲和一階扭轉(zhuǎn)所對應頻率，對厚板轉(zhuǎn)換層進行頻率優(yōu)化，通過改變厚板拓撲使得整體結(jié)構(gòu)的低階頻率避開場地卓越頻率。推導了采

4、用振型分解反應譜法計算地震作用時的單元靈敏度公式，當采用不同方法估計體系最大反應時，靈敏度公式也有所不同，這一方法適用于自編程的工程拓撲優(yōu)化。提出了直接采用振型組合后得到的內(nèi)力結(jié)果計算動靈敏度，這一方法適用于可以用振型分解反應譜法計算地震作用的通用有限元軟件。對本文算例進行地震作用下動力優(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，并對原轉(zhuǎn)換板和兩種新型轉(zhuǎn)換板

5、進行靜力分析比較，重點比較轉(zhuǎn)換厚板和下部豎向構(gòu)件的受力。對局部減薄不均勻厚板，根據(jù)挖塊的不同大小和位置設計了16種減薄方案，并對各種方案結(jié)果進行分析比較，研究不同位置不同大小的挖塊對轉(zhuǎn)換板下部豎向構(gòu)件以及厚板本身受力的影響。對鋼—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，對實際工程中剪力鍵的處理提出建議。
　　 (5)對原結(jié)構(gòu)和帶兩種新型轉(zhuǎn)換板的高層結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析比較，重點比較前30階振型的規(guī)律。對三種