半刚性钢框架优化设计研究

推导了考虑连接柔性和几何非线性的局部坐标下的单元刚度矩阵,并对半刚性连接单元的固端力进行了修正;其次,采用增量加载法,给出了考虑连接柔性、框架的几何非线性和单元内力与连接之间耦合效应的半刚性钢框架结构分析计算机流程;按照GB50017-2003《钢结构设计规范》和实际施工的要求,建立了考虑构件和连接最小费用问题的半刚性钢框架优化数学模型;然后,在遗传算法和半刚性钢框架结构分析流程的基础上,给出了半刚性钢框架优化设计步骤;根据算例,对半刚性钢框架优化设计做了初步的探讨。     

两座高耸结构基于RSV-150激光测振仪的环境振动实测与模态识别

针对一座高23m的特种钢结构与一座高300m的钢筋混凝土电视塔,采用RSV-150超远工作距离激光测振仪,开展了结构在环境激励下的振动实测与模态参数识别。作为一种非接触式的测量方式,激光测振仪具有操作简单、测量便捷等优点。采用了基于随机子空间方法的结构模态识别算法,对实测到的结构速度响应进行了模态分析。分析结果表明,该算法具有精度高、稳定性好的优点,可以有效地获取结构的自振频率与阻尼。选择结构的不同部位作为激光测振的反射点,对实测的自振频率影响不大,结果离散性较小。进行了结构的简化有限元分析,数值模拟获得的模态信息与实测结果之间有较好的对应性,验证了试验方法的可靠性。     

结合梯度法的混合微粒群优化算法

在微粒群优化算法PSO中引入梯度算法,提出了一种新型的混合微粒群优化算法——GPSO。该混合优化算法是对PSO每一次进化后的所有微粒进一步执行梯度法寻优操作,并以寻找到的更优个体替代当前个体参与群体的下一代进化。GPSO既利用了PSO出色的全局搜索能力,又借助梯度法的快速局部寻优能力,很好地将两者的优势结合在一起。数值实验表明：无论是对于低维的多峰函数,还是高维的多峰和单峰病态函数,GPSO都表现出很强的优化效率、适用性和鲁棒性。     

半刚性钢框架结构分析与性能研究

推导了考虑连接柔性和几何非线性的局部坐标下的单元刚度矩阵,并对半刚性连接单元的固端力进行了修正;采用增量加载法中的修正Newton-Raphson法,给出了考虑连接柔性、框架的几何非线性和单元内力与连接之间耦合效应的半刚性钢框架结构分析计算机流程。采用Frye和Morris的奇次方多项式模型来模拟连接的M-θ曲线。最后根据算例对有侧移和无侧移半刚性钢框架的性能做了初步的探讨,结果表明:1)半刚性连接会明显加大有侧移钢框架的侧向位移和结构的二阶效应;2)半刚接对梁柱的轴力和剪力影响都不大,但对梁柱的弯矩影响则较大,半刚性连接会减小无侧移钢框架的柱脚弯矩而增大有侧移钢框架的柱脚弯矩,但无论是无侧移还是有侧移钢框架,半刚性连接都会增大梁的跨中弯矩;3)当连接转动刚度Rk在1.0×108~1.0×1011(N.mm/rad,以下同)之间时,连接呈现出较为明显的半刚性特性,而当Rk<1.0×108或Rk>1.0×1011时,连接的半刚性特性并不明显,可直接将其看作铰接或刚接以简化计算。     

遗传算法在钢结构截面优化设计中的应用

将遗传算法应用于钢结构截面优化设计问题的求解;并在此基础上建立了钢结构截面优化数学模型库,通过调用不同的钢结构截面数学模型,可方便地对各种钢结构截面进行优化设计.算例结果表明,该优化算法用于钢结构截面优化设计是有效可行的.     

钢结构梁柱连接节点刚度的半解析测试方法

通过半解析测试方法获取钢结构梁柱连接节点的半刚性特性。在半刚性节点理论分析的基础上,导出了包含节点连接刚度的计算模型;然后通过结合已知的梁端实测荷载和位移试验值,给出了一种有效的求解节点刚度的半解析测试方法。该方法可以克服试验中直接测量节点转角的困难和精度误差,而且与有限元分析结果相比,其计算结果更符合实际真实解。数值算例结果表明,采用该文提供的半解析测试方法获取钢结构梁柱半刚性连接节点M-θ曲线是简单、有效和准确的。     

钢框架结构鲁棒性评估方法

结构鲁棒性体现了结构对局部破坏的不敏感性。为了定量评估钢框架结构的抗连续倒塌能力,提出一种适用于钢框架结构的鲁棒性定量评估方法。在综合考虑构件在结构能量流分布中的贡献和构件失效影响面积的基础上,给出构件重要性系数计算方法,为确定结构的最不利初始损伤模型奠定基础。探讨钢结构构件的承载能力冗余度,并结合构件应变能灵敏度,提出一个基于损伤模型的钢框架结构冗余度评估指标,该指标与构件的承载能力冗余度成正比,而与构件的应变能灵敏度成反比。从定义上对结构冗余度与结构鲁棒性之间的差异进行讨论,提出以结构最小冗余度作为评价结构鲁棒性能的观点。在此基础上,给出一种适用于钢框架结构的鲁棒性评估方法,同时对该方法的适用范围进行分析。最后,通过一个8层空间钢框架结构算例验证所提出的钢框架结构鲁棒性评估方法的可行性。     

基于遗传算法的离散型结构拓扑优化设计

采用遗传算法求解包括桁架结构和框架结构的离散型结构拓扑优化问题。在遗传算法的基础上,通过引入拓扑变量并修改被删除杆件的材料弹性模量,提出了一个受多工况荷载作用,能同时考虑应力、稳定及位移等约束的离散型结构拓扑优化问题统一数学模型。该模型不但能同时适用于桁架结构和框架结构等离散型结构拓扑优化问题,而且还能解决奇异最优解问题。结合上述统一数学模型和遗传算法,给出了求解离散型结构拓扑优化问题的优化方法。算例结果表明,采用该文提出的拓扑优化方法可有效、方便地对桁架结构、框架结构等离散型结构进行拓扑优化设计。     

扩孔型端板连接新型钢结构节点骨架曲线模型

探讨了一种采用扩孔连接的新型钢结构端板节点骨架曲线模型。首先,基于试验骨架曲线,提出了用四折线模型简化描述该类新型节点骨架曲线的方法,该四折线分别对应节点受力过程中的弹性、滑移、承压弹性以及承压弹塑性等四个不同阶段;然后,通过理论和实验数据分析,确定了该骨架曲线简化模型中的关键参数。对比结果表明,所建立的骨架曲线计算模型与试验曲线吻合良好,可以用来预测该类型节点的受力全过程。     

深圳市民中心钢牛腿试验研究

通过对深圳市民中心钢牛腿模型试验结果的分析,指出了原设计方案在构造方面存在着不合理之处,即钢牛腿根部S20点处存在着严重的应力集中现象。针对该问题,本文作者提出了相应的加固措施,并进行了进一步的试验研究。通过对比试验可以发现:加固前,S20点荷载-应力曲线上升迅速,在设计荷载处更是接近于屈服,应力达到413.3MPa;加固后,该点的荷载-应力曲线上升速度明显减缓,在设计荷载处其应力值仅为319.2MPa,比加固前降低了22.8%。对比试验结果表明,加固后的钢牛腿模型能有效地改善其构造方面的缺陷。