基于遗传算法的多层密肋壁板结构优化设计方法研究

鉴于目前密肋壁板结构的优化设计研究仍处于构件阶段.在课题组前期研究的基础上,针对多层密肋壁板结构,进行了以造价最小为目标的优化设计方法研究:提出了结构的优化设计原理;建立了密肋复合墙体造价优化设计数学模型,并采用遗传算法对其进行计算,最后给出了计算算例.理论分析与计算结果表明:提出的多层密肋壁板结构优化设计方法合理、可行,优化效果显著,具有一定的工程实用意义.     

密肋壁板结构计算模型及静力弹塑性反应分析

结合前期密肋复合墙体与密肋壁板结构的试验研究,将密肋复合墙体中砌块等效为均匀受力的斜压杆,推导出等效斜压杆的弹塑性应力-应变公式,提出在等效斜压杆中设置轴向塑性铰,由此建立密肋复合墙体的弹塑性计算模型;研究密肋复合墙体的弹塑性屈服机制;建立密肋壁板结构的弹塑性计算模型,并对结构进行静力弹塑性反应分析;最后提出密肋壁板结构抗震性能评估方法.理论分析和试验表明:采用等效斜压杆模型对密肋复合墙体进行分析能较好的反映墙体"三阶段"破坏特性;建立的结构弹塑性计算模型能较好地模拟密肋壁板结构的真实破坏过程,为结构的抗震性能评估及弹塑性动力反应分析提供简化的力学模型.     

水平荷载下框架-密肋复合墙体的力法位移方程

目的 研究框架-密肋复合墙体的构造形式与受力特点及在水平荷载作用下其顶部位移的简化计算方法.方法 以框架与复合墙的并联机制为协同工作模型,以框架结构的位移计算方法为依据,考虑弹性状态中后期填充砌块开裂情况,根据材料力学和结构力学基本理论提出框架-复合墙体的力法位移方程,并利用型钢混凝土外框柱-密肋复合墙的试验结果对位移方程进行验证.结果 框架-复合墙体的力法位移方程与一般框架、混凝土墙位移方程有着良好的相容性;框架-复合墙体的剪切变形在总变形中所占比重较大,中高层框架-复合墙结构侧移曲线呈现明显的弯剪型特征.结论 提供了一种框架-密肋复合墙体位移计算方法,可供该结构体系的实际工程设计参考.     

密肋壁板结构中复合墙体的竖向承载力及稳定性研究

通过对1/2模型密肋复合墙体在单调竖向荷载作用下试验研究,探讨墙体在竖向荷载作用下的受力特点及简化计算模型;分析墙体竖向受压承载力计算公式;考虑到密肋复合墙体自身支撑情况的特点,给出墙体计算高度的理论公式;提出外框柱对高厚比的影响系数,并对墙体高厚比限值进行了修正;最后得出墙体的高厚比验算公式.理论与试验表明:考虑梁的刚度及房屋高度的影响的计算模型更接近试验结果;提出的高厚比验算公式可满足密肋壁板结构中复合墙体的稳定性要求,具有一定的实际工程意义.     

开洞密肋复合墙体的受力性能研究

在课题组前期科研成果的基础上,通过对1/2模型开洞密肋复合墙体在水平单调荷载作用下的试验研究,并与标准未开洞密肋复合墙体进行对比分析,研究了开洞墙体的主要破坏特征;探讨开洞墙体的承载能力、刚度、变形能力、延性等受力性能;对开洞墙体进行钢筋应变分析;最后提出开洞复合墙体的刚度及受剪承载力的计算公式.试验及理论研究表明:开洞的密肋复合墙体的变形能力、延性好于标准不开洞密肋复合墙体,而刚度、承载力远远不及标准不开洞密肋复合墙体,设计时应加强外框柱和连梁的配筋以及墙板的竖向连接作用;钢筋应变分析表明外框柱、连梁对开洞墙体的受力性能贡献较大;提出的开洞墙体受剪承载力公式计算值比较接近试验值,适用于实际工程应用.     

点接触式密肋复合墙体抗震性能及承载力计算方法

为了研究密肋复合墙结构多道防线工作机理,提出了RC框格与X型填充砌块、墙板与外框架在角点处连接的点接触式密肋复合墙体,并对其抗震性能进行了试验研究.通过对试验结果进行分析,探讨了墙体的主要破坏形态和破坏过程,研究了墙体的滞回特性、承载力和耗能能力等抗震性能,并与标准墙板试验结果进行了对比,同时对墙板中钢筋应变进行了分析,提出了点接触密肋复合墙体承载力计算公式.结果表明,点接触式墙体与标准墙体相比其承载力和耗能性能略差,但由于墙体各道防线之间的地震作用传递途径和分配关系相对明确,不同阶段的墙体计算模型比较简单,可以通过对各阶段的精确分析计算实现密肋复合墙结构的控制设计,且各道防线之间的分离更易于结构构件的震后修复和更换.     

密肋复合墙板抗剪承载力计算研究

为适应墙体改革、保护耕地及住宅产业化的需要，提出了以密肋复俣墙板为主要承力构件的新型结构体系－密肋壁轻框体系，配合该结构体系的推广，在大量试验的基础上，对密肋复合墙板的破坏形态、承力机理及承载力计算等进行了比较深入的研究；给出了密肋复合墙板斜截面承载力计算公式，文中公式可以作为密肋壁板轻框体系设计计算的依据。     

加气混凝土与普通混凝土黏结界面剪切性能试验

密肋复合墙体是由钢筋混凝土肋构成的框格与内嵌轻质加气混凝土砌块组成,是密肋复合墙结构的主要承力构件.由于密肋复合墙体特殊的制作工艺,在混凝土肋与加气混凝土砌块相接触的位置处形成一黏结界面,而此类黏结界面的性能目前仍不明确,为此,有必要在材料层次上对加气混凝土砌块与普通混凝土黏结界面性能进行研究.本文以密肋复合墙结构为研究背景,采用棱柱体剪切试验的方法测定加气混凝土砌块与普通混凝土黏结界面性能,分析黏结界面倾斜角度对试件的破坏形态和界面强度的影响.结果表明,当倾斜角较小时,试件发生界面剪切破坏,而倾斜角增大,试件趋向于发生轻质加气混凝土砌块材料破坏;根据试验数据拟合出τ_n关于σ_n的二次界面破坏包络线方程,并分析界面变形特性,提出界面切应力-滑移位移特征曲线,为密肋复合墙结构构件层次和结构层次力学性能的研究提供理论和数值计算依据.     

框支密肋壁板结构托梁内力计算

建立了框支密肋复合墙体墙梁的力学简化模型,并利用考虑水平摩阻力的弹性地基梁法进行托梁内力计算,同时应用有限元程序对算例进行数值对比分析。理论研究与计算分析表明：框支密肋复合墙体墙梁考虑墙体与托梁之间的界面剪力是必要的,否则不能充分体现托梁与墙体的组合工作性能,内力计算误差较大。     

密肋复合墙体稳定系数数值法分析及简化计算

利用有限元方法,以墙体高度、边框柱截面尺寸、肋柱及肋梁布置等作为主要变化参数,对密肋复合墙体在竖向荷载作用下平面内、出平面极限荷载及稳定系数等进行了有限元数值计算,对墙体的破坏特征、稳定系数的影响因素以及砌块对墙体的抗压贡献等进行了分析.通过对有限元计算结果数据的线性回归,给出了密肋复合墙体轴心受压承载力计算公式中稳定系数的简化计算公式,使复合墙体轴心受压承载力计算方法得到了进一步完善,其有限元计算结果可作为复合墙体结构设计的参考.     

大系统多目标优化运行

本文首次将安全域用于考虑了安全、经济和环境影响的多目标优化问题,避免了在线优化潮流计算这一环节,合理解决了多目标决策优先权问题。采用移动初始点方法求出的扩展域使直观安全域趋于最大;采用的线性规划最新Karmarkar算法在变量数较大时比单纯形法具有运算速度快;采用的非线性规划Powell算法具有运算速度快、效率高和整体收敛性好的特点。通过对一个6机30节点系统进行数值试验,证明了本文的模型、方法和算法是切实可行的。     

密肋复合墙板框格与填充块相互作用机理研究

为了研究密肋复合墙板中框格与填充块间的相互作用机理,进行了5个框格单元的单调加载试验,讨论了框格单元的破坏过程及破坏特征,试验表明:填充块的作用可等效为铰接于框格的对角斜压杆.基于弹性地基梁理论提出了斜压杆等效宽度计算方法及强度、刚度的计算公式.计算表明:简化模型能够较好地模拟框格单元在弹性阶段的受力性能,为进行复合墙板的受力分析及设计提供理论基础.     

黏土中地下连续墙支护结构的稳定性分析

以杭州地铁二号线文华路地铁站主体基坑为工程案例,应用PLAXIS 3D数值模拟软件,确定杭州典型黏土地区土体小应变硬化（HSS）模型的土体参数取值方法. 基于可靠度理论及稳定性和经济性评价体系,将抗隆起稳定、抗倾覆稳定、支护结构侧向位移控制这3种安全性模式分别作为单目标,分析单目标下的结构参数敏感性及其最优解;运用灰色关联度多目标优化算法确定地下连续墙支护结构设计参数的最优解. 结果表明,土体小应变硬化模型适用于杭州典型黏土地区：对于该地区狭长型基坑的内撑式地下连续墙支护结构,墙深是基坑抗隆起稳定性的决定因素,墙深和加固土深度对基坑抗倾覆稳定性的重要性相同,被动区加固土深度在坑底以下较差土层内还是基坑变形的主控参数. 当考虑内支撑时,首道支撑对基坑变形控制起决定性作用;由灰色关联度多目标优化算法确定的结构设计参数最优解与实际结果接近.     

加气混凝土砌块置换加固受损密肋复合墙抗震性能试验研究

针对密肋复合墙的构造特点及在地震作用下"砌块-框格-外框"的破坏顺序,提出利用加气混凝土砌块置换墙体中破坏的砌块以恢复和提高受损密肋复合墙结构抗震性能的加固方法.对加固后的密肋复合墙进行了低周反复荷载试验,分析了墙体破坏过程和钢筋应变状况,重点研究了加固后复合墙的滞回曲线特点及承载力、刚度、延性等抗震性能,并与空框格框...     

再生混凝土密肋复合墙体受力性能试验研究

对3榀1∶2比例模型,再生骨料取代率分别为100%、50%和0%的密肋复合墙体的力学性能进行对比试验.研究了再生混凝土密肋复合墙体的破坏机制、承载力、延性、刚度退化等性能.研究发现:墙体属于剪切破坏;最大水平承载力,50%取代率的墙体和普通混凝土墙体相比没有下降,而100%取代率墙体承载力下降18%;延性系数,随着取代率的增加而提高.试验表明:50%取代率密肋复合墙体具有良好的力学性能,应用于实际工程完全可行;而100%取代率墙体需慎用.     

小高层密肋壁板结构复合墙体抗弯性能试验研究

通过两榀1/2比例两层两跨密肋复合墙体模型在竖向荷载、水平荷载及附加弯矩共同作用下的单调加载试验,模拟12层小高层结构中底层墙体的受力性能,着重从墙体的破坏过程、破坏模式、承载力、变形性能、钢筋应变分布以及抗弯刚度退化等方面进行较深入地研究分析.结果表明,底层墙体在压、弯、剪复合受力状态下,其破坏模式主要为弯曲型破坏,其延性及变形性能不及剪切型破坏墙体.为保证墙体具有较好的延性及变形能力,在设计中应确保边框柱与复合墙板之间的合理匹配.     

密肋复合墙板恢复力模型研究

为了研究密肋复合墙板的恢复力模型特性,对9块模型墙板进行了周期反复荷载作用下受力性能的研究,介绍了墙板的破坏过程及滞回曲线的特点,根据骨架曲线以及刚度退化的分析,并利用反向加载时曲线指向最大值的规律,建立了复合墙的四线形恢复力模型,通过试验拟合及理论分析提出了骨架曲线中各特征参数点的计算方法,试验值与计算值吻合较好,说明该恢复力模型能够反应密肋复合曲线墙开裂-屈服-破坏的全过程,为密肋复合墙体结构进行弹塑性时程分析提供了依据.