简支桁架组合楼盖的优化设计研究

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1、简支桁架组合楼盖的优化设计研究(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：土木工程系学科：土木工程研究生：高鹏指导教师：聂建国教授二○一五年六月OptimalDesignStudyonSimplySupportedTrussCompositeFloorSystemThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinCivilEngineeringbyGaoPengThesisSupervisor:ProfessorNieJianguoJu

2、ne,2015摘要摘要近年来，我国大型及特大型公共建筑和高层建筑得到迅猛发展，对大跨重载结构产生巨大需求。与此同时，资源能源浪费、环境污染等问题已成为目前结构工程领域面临的重要挑战。钢桁架-混凝土组合梁（后简称：桁架组合梁）通过栓钉连接件将钢桁架与混凝土板组合在一起协同工作，在大跨重载条件下具有优越的受力性能和经济优势，同时易于实现绿色施工。本文对简支桁架组合梁以及简支桁架组合楼盖的受力性能、设计方法、技术经济指标、设计优化等问题开展研究，完成的主要工作包括：1.在通用有限元程序ABAQUS的平台上，采用壳-实体混合有限元模型对简支桁架组合梁的受力性能开展研究，并通过实验结果加以验证。

3、基于该有限元模型，通过参数分析对简支桁架组合梁基于刚度等效的有效翼缘宽度进行分析，提出基于刚度等效的有效翼缘宽度计算公式，与规范相比能够更好地预测简支桁架组合梁的结构刚度和变形。在现行规范建议的实腹式组合梁设计方法的基础上，给出了简支桁架组合梁的承载力极限状态设计方法几点建议；2.基于塑性极限承载力设计方法，在保证相同极限弯矩的条件下，针对用钢量指标，对简支桁架组合梁和简支工字钢组合梁的杆件截面参数进行优化分析，可知高跨比、桁架组合梁弦杆面积比、工字钢组合梁翼缘面积比对组合梁用钢量指标的影响最大。此外，基于对桁架组合梁以及工字钢组合梁同参数条件下的用钢量对比分析得到了相关优化设计建议；

4、3.采用梁-壳混合有限元模型，在满足塑性承载力设计要求的条件下，通过控制楼盖应力的方式对简支桁架组合楼盖和简支工字钢组合楼盖的用钢量进行楼盖布置的参数分析、以及同参数条件下简支桁架组合楼盖和简支工字钢组合楼盖用钢量的对比分析，最后给出了工程设计时考虑用钢量指标的结构选型建议；4.结合某实际工程大跨重载组合楼盖的优化设计，对本文提出的考虑用钢量指标的结构选型建议进行了验证。设计结果表明：简支桁架组合梁及桁架组合楼盖在受力性能、楼盖舒适度、结构高度、用钢量、自重等方面综合指标优越，具有广阔的应用前景。关键词：简支桁架组合楼盖；有限元分析；有效翼缘宽度；刚度等效；优化设计IAbstractA

5、bstractIntherecentyears,therapiddevelopmentoflarge-scalepublicbuildingsandhigh-risebuildingshasbeenbroughtoutlotsofrequirementstothedesignoflarge-spanstructuressubjectedtoheavyloads.Atthesametime,wastingresourcesandenvironmentalpollutionhasbecomeacriticalchallengeforthestructuralengineeringcommu

6、nity.Thesteeltruss-concretecompositebeamisanewtypeofcompositebeamstructurewithsuperiormechanicalperformanceandsignificanteconomicbenefitsinthestructurewithlargespanunderheavyloads.Inaddition,it’seasytoimplementgreenconstruction.Thisthesisismainlyfocusedonthestudyofbearingperformance,designproced

7、ures,andeconomicbenefits.Themaincompletedworkandconclusionsareasthefollowings:1.Ashell-solidmixedmodelbasedonthegeneralFEpackageABAQUSisproposed,andthemechanicalpropertyofsimplysupportedsteeltruss-concretecompositebeamsaredi