门式刚架轻型钢结构优化设计研究

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1、浙江工业大学硕士学位论文门式刚架轻型钢结构优化设计研究姓名：汪洋申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：赵滇生20060414门式刚架轻型钢结构优化设计研究摘要在轻型房屋钢结构体系中，门式刚架具有施工快、造价低、扩建灵活、维护费用低和单一供货责任等优点，其用途十分广泛，在工业建筑市场上占主导地位。但是不合理的建筑尺寸往往会导致结构用钢量的增加。本文系统地分析研究了门式刚架钢结构的特点，在此阶段，以有限元为基础，借助大型有限元ANSYS面向对象程序设计技术进行优化设计，研究基于功能强大的ANSYS作结构优化设计的问题：提出有效的设计变量、优化目标函数(以降低结构重量

2、、充分发挥材料性能为目标)，编写APDL优化程序控制文件，在ANSYS程序上实现门式刚架结构优化设计。针对不同建筑尺寸和布局、不同荷载的门式刚架体系做了分析，并根据分析结果提供了有关合理设计的建议。本文以变截面门式刚架为研究对象，以门式刚架结构体系用钢量最少为目标函数，借助大型有限元程序ANSYS面向对象程序设计进行优化，得出结构优化次数与结构用钢量、截面尺寸的关系，为实际工程设计提供有益的参考资料。另外，本文尝试运用一种人工智能性算法一遗传算法，对变截面门式刚架结构进行优化设计。在进行遗传算法时，采用两种编码方式(二进制和浮点数)，并且分别按照相应于两种编码方式的

3、遗传算子(选择、交叉、变异算子)。结果表明，在满足规范的各种约束条件下，优化设计可以降低用钢量，效果明显，有很好的工程实用意义，可以在类似的结构中推广应用。关键词门式刚架，优化设计，遗传算法，ANSYSSTUDYoNTHEOPTIMIZATIONDESIGNOFLIGHTPORTALFRAMESTRUCTURESABSTRACTTheportalframebuildingoflightsteelstructure，havewidelybeenusedwithlessconsumptionofsteel，andhaveobviousadvantageontheperi

4、odoftheconstructionwithcomparisontothereinforcedconcretestructures．Itisimportantforthismetalbuildingsystemsthatconstructlighter．Thispaperdiscussesthecharacteristicsoftheportalframebuildingconstrueterandstudiesoptimizationmethodtodesignthem．Thesystematicanalysisoftheportalframessteelstr

5、ucturalcharacteristicsisdoneinsection2．Andinsection3andsection4，thestructuraloptimizationdesignisintroducedbasedontheprinciplesoffiniteelementanalysis(FEA)andthetechnologyofObjectOrientedProgramming(OOP)inthesoftwareANSYS．BasedonthepowerfulANSYS，somestructuraloptimizationdesignproblems

6、：effectivedesignvariables，optimizationobjectivefunction(toreducestructuralweight，givefullplaytomaterialsperformancetargets)etc，wasproposed．TheAPDLoptimizeprogrammedcontroldocumentationproceduresinANSYSforachievingportalframesstructuraloptimizationdesign。Fordifferentsizeandlayoutofthebu

7、ilding，thedifferentloadsystem，andbasedontheresultsoftheanalysisreasonableearlydesignproposalswereprovided．Thedissertationestablishesmathematicalmodelbyregardingtheleaststeelconsumptionasgoalfunction，eachmemberinthecriticalloadsatisfyingstrength，rigidity,wholestability,localstabilitya