體育場變截面鋼桁架罩棚的優(yōu)化設計研究.pdf

1、空間鋼桁架結構形式簡潔多變，并且具有良好的經濟指標及受力特性，近幾十年來，隨著各種大型奧運會、博覽會等國家重大社會經濟活動的開展，該類結構被廣泛應用于體育場館、會議場館和機場車站等公共建筑，因此，對空間鋼桁架結構進行安全經濟的設計顯的尤為重要。對于傳統(tǒng)的結構設計，要想確定一個最優(yōu)合理的方案，主要依賴于設計者的經驗水平，通常是通過多個方案比對選出的可行方案，但并不代表最優(yōu)方案，因此對結構進行優(yōu)化設計有很重要的意義。而結構優(yōu)化設計理論和方法

2、目前發(fā)展較成熟，但在土木工程實際應用中還比較落后。本文以某個體育場罩棚工程為研究對象，運用有限元軟件ANSYS對其進行優(yōu)化研究分析，以達到優(yōu)化設計耗鋼材最少的目的，研究主要內容如下：
　?。?）運用3D3S12.1鋼結構設計軟件和ANSYS12.0有限元分析軟件分別建立體育場桁架罩棚的模型，考慮各種組合下的荷載工況，分別對其進行內力計算分析，了解罩棚結構越靠近支座處桿件內力越大的受力特點及懸臂端豎向位移最大的變形特點，通過兩種軟件

3、結果對比，驗證使用ANSYS軟件對后續(xù)結構尺寸優(yōu)化的合理性及可行性。
　?。?）在最不利荷載工況組合作用下，改變桁架幾何尺寸建立不同單榀有限元模型，并建立對應單榀桁架耗鋼材體積最少的部分整體罩棚有限元模型，綜合對比研究各幾何參數對罩棚承載力及經濟性能的影響，發(fā)現懸挑端截面高度H變化對桁架整體剛度影響顯著，而桁架截面寬度B與節(jié)間長度S變化對桁架用鋼量影響顯著，截面高度比m對結構承載能力影響很小，但對于懸挑結構具有重要的優(yōu)化意義。并總

4、結出對于類似于本文的倒三角變截面懸挑桁架結構，其設計時無量綱參數B/H、S/B、H/L和m較經濟的建議取值。
　　（3）通過ANSYS軟件中的優(yōu)化設計模塊，基于 APDL語言，做進一步的桿件截面優(yōu)化，確定最終優(yōu)化后的罩棚結構設計，對比發(fā)現比原始罩棚設計節(jié)省了鋼材20.1％，取得比較好的經濟效益。
　?。?）分別以優(yōu)化前后罩棚結構為模型，計算自振頻率及觀察各自振動模態(tài)，并研究在EL-Centro地震波作用下，結構的動力時程分析