基于应变能最小准则的行人天桥的拓扑优化设计和研究

摘要

利用拓扑优化技术来优化结构受力分布、提高结构性能和节约材料在工程设计领域有广泛的应用前景.由于技术和实践的不足,拓扑优化技术在结构工程领域还未形成系统性的结构优化策略,主要还是依靠工程师的工作经验来进行优化设计,尚待深入研究.为此,探索了将拓扑优化策略运用到人行桥的建筑找形当中,基于应变能最小化的优化策略,针对深圳一座实际的行人天桥项目进行了轻量化设计.首先采用连续体拓扑的方法进行了优化研究,然后根据优化结果进行建筑学开孔设计,通过上述过程提高了结构性能,也达到了较好的建筑表现效果.优化结果表明:在减重10.65％的条件下,结构挠度有了较大降低,竖向位移得到了有效控制,本设计中自动化的拓扑优化技术在结构体系上实现了建筑结构一体化的设计目标.