格构式拱形刚架多约束优化下的抗震性能分析

摘要

本文以格构式拱形刚架的腹杆和弦杆截面积为优化设计变量,以结构总质量最小为优化目标函数,采用强度和结构静力刚度为设计目标,得到两种不同的优化约束条件,确定了格构式拱形刚架的两种优化设计方案.强度优化中,以最大应力值小于材料强度为约束函数,使结构在给定荷载下,杆件充分发挥其材料潜力,可得到一组最优的弦、腹杆截面尺寸.同时,也可以得到进行截面优化后,弦杆和腹杆截面尺寸相对的比值.该比值可作为结构整体优化的参数.结构静力刚度优化中,以控制点最大位移值小于工程设计指标为约束条件,以结构刚度最大为设计目标,得到另外一组弦、腹杆优化截面尺寸和相应的截面尺寸优化比.本文采用上述两种不同设计目标,得到两种不同约束条件所对应的优化设计方案,获到了两组格构式拱形刚架的截面优化尺寸.并研究了这两种优化结构方案在地震荷载作用下的时程响应,进一步探讨了其抗震性能的差异.研究表明,优化约束条件的不同,会影响优化后结构的抗震性能.采用多约束条件的优化设计方法,综合考虑各优化方案对于结构整体性能的影响,可为格构式拱形刚架的抗震性能设计带来新的思路和设计基础理论.