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钢筋混凝土平面框架优化及程序设计

作　者: 白代春
导　师: 范幸义
学　校: 重庆大学
专　业: 结构工程
关键词: 钢筋混凝土框架结构优化设计离散变量分部优化非线性规划
分类号: TP311.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 33次
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内容摘要

将最优化设计理论的应用和工程结构设计结合在一起就是结构的优化设计(是一种在众多的设计方案中来探寻最合适的设计方案的现代设计方法)。它将数学优化方法、计算机技术和专业设计理论结合在一起,采用一些科学的设计方法来降低各种物力、财力以及人力的投入,可以创造相当可观的社会效益和经济效益。钢筋混凝土框架结构由于其平面布置灵活、造价相对较低以及利于标准化施工等优点,已成为我国重要的建筑结构形式之一,其应用也会越来越广泛。所以,对这种结构进行优化设计已经成为一种必要,很多学者在优化设计理论方面进行了广泛的研究,也取得了一些成果。基于以上状况,本文对钢筋砼平面框架结构的优化设计进行了探讨,目的在于工程应用而不是发展新的优化技术。因此,本文对前人的研究成果、研究方法以及局限性进行了分析总结,建立了以造价为目标的符合设计规范的平面框架梁、框架柱的优化设计数学模型。本文以梁柱截面尺寸以及配筋面积为优化设计变量,选取了最符合工程实际的离散变量分部优化的规划法来进行优化计算,为此,本文详细介绍了离散变量的数学优化方法,力求做到思路清晰、数学过程简单,为探寻最优解做理论上的准备。最后针对钢筋混凝土平面框架的特点,采用分部优化方法对梁和柱进行优化设计,同时对平面框架在优化时所存在的一些问题进行了思考,并最终设计了一个界面友好且实用的平面框架结构优化设计程序,程序采用界面交互输入有限元结构分析参数以及相关的优化设计参数,并融入了设计规范,进行简单操作就可以自动实现结构分析及寻优计算和保存数据,并经过实例验证,优化结果可行,可以为工程设计提供一些指导。本文的研究可以为钢筋混凝土框架结构的结构设计提供一些参考性的指导原则,同时,该优化设计程序还可以进行扩充,有着重要的现实意义。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-17
  1.1 研究背景  9-11
    1.1.1 概述  9
    1.1.2 优化设计的特点  9-11
  1.2 结构优化设计的发展概况  11-15
  1.3 本文主要研究内容  15-17
2 结构优化基本理论  17-23
  2.1 基本概念  17
  2.2 基本特点  17
  2.3 结构优化设计的分类的研究与发展  17-18
  2.4 结构优化的数学模型  18-23
    2.4.1 设计变量  18-19
    2.4.2 约束条件  19-20
    2.4.3 目标函数  20-23
3 结构优化方法  23-37
  3.1 准则优化法  23-25
    3.1.1 满应力设计的准则法  23-24
    3.1.2 钢筋混凝土框架结构的满应力设计  24-25
  3.2 数学规划法  25-35
    3.2.1 概述  25-27
    3.2.2 数学规划法介绍  27-28
    3.2.3 离散变量的数学规划法  28-35
  3.3 离散型变量分部分级优化法  35-37
4 RC 平面框架的结构构件优化  37-51
  4.1 RC 框架结构的优化设计的计算模型  37
  4.2 钢筋混凝土框架梁优化模型  37-43
    4.2.1 优化设计变量的选取  37-38
    4.2.2 建立相关的约束条件  38-41
    4.2.3 目标函数的构造  41-43
  4.3 钢筋混凝土框架柱优化模型  43-49
    4.3.1 设计相关参数的选取  43-44
    4.3.2 建立相关的约束条件  44-48
    4.3.3 目标函数的构造  48-49
  4.4 钢筋混凝土平面框架的优化方法  49-50
  4.5 本章小结  50-51
5 RC 平面框架优化程序设计  51-83
  5.1 编程思想  51-52
  5.2 实现过程  52-53
    5.2.1 程序基本框架  52-53
    5.2.2 开发流程  53
  5.3 平面框架的优化计算方法  53-78
    5.3.1 本系统框架结构有限元分析模型  53-58
    5.3.2 平面框架的优化计算  58-62
    5.3.3 优化准备工作  62
    5.3.4 程序设计  62-78
  5.4 后期处理  78-80
    5.4.1 图形的程序实现  79
    5.4.2 优化设计结果的显示  79-80
  5.5 实例验证对比  80-83
6 程序应用工程实例  83-103
  6.1 工程实例  83
  6.2 系统操作功能使用  83-102
    6.2.1 基本参数输入  83-86
    6.2.2 参数信息及简图  86-88
    6.2.3 结构设计计算  88-91
    6.2.4 结构计算、配筋及挠度结果文件查看  91-93
    6.2.5 结构优化计算  93-102
  6.3 本章小结  102-103
7 结论  103-105
  7.1 论文总结  103
  7.2 问题及展望  103-105
致谢  105-107
参考文献  107-109
附录  109-118
  A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  109-110
  B1. 网格法计算流程图  110-111
  B2. 组合形法计算流程图  111-112
  B3. 直接搜索法计算流程图  112-113
  B4. 分部分级优化法计算流程图  113-114
  C1. 分部分级优化设计框图  114-115
  C2. 大偏压计算流程图  115-116
  C3. 小偏压计算流程图  116-117
  C4. 框架梁配箍计算流程图  117-118
  D. 程序计算数据对比  118

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