基于拓扑优化的框架结构抗风设计方法-研究

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1、基于拓扑优化的框架结构抗风设计方法研究3．3．1重力荷载作用下的结构静强度分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一253．3．2模态分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一263．3．3风荷载作用下的结构响应⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一283．4满布斜撑框架结构计算分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．333．4．1建模及计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．333．4．2风荷载作用下的满布斜撑框架结构响应⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．353．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．384基于HYPERMESH的结构拓扑优化设计⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．394．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．394．2HYPERMESH软件介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯394．2．1HYPElwESH软件简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．394．2．2HYPERMESH结构拓扑优化过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．404．3优化结果比较及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．414．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．475基于拓扑优化结果的模型修正⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯485．1优化结构模

3、型分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．485．1．1自重载荷分析及模态计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一485．1．2风荷载作用下结构响应⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一505．2优化结构模型的修正及验算分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．535．2．1自重载荷分析及模态计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．535．2．2风荷载作用下结构响应⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．555．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．596．结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯606．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．606．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．61参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62攻读硕士学位期间发表学术论文情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一66致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．67大连理工大学学位论文版权使用授权书⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一68IV—大连理工大学硕士学位论文1绪论1．1选题的背景及意义风是一种自然现象，是地球表面的空气运动。它是由太阳辐射热引起的，由于不同地区的

5、大气层吸收到的太阳能量不同，导致了同一海拔高度处的大气压的差异，风即是由空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成的。引起风灾的常见风型主要有暴风、台风、飓风、龙卷风等等，风灾会对生活、生产产生严重影响，除了会破坏建筑、车辆、船舶、树木、农作物以及通信设施、电力设施等，还会造成人口伤亡和失踪。风对人类造成的经济方面的损失，有相当一部分是通过对建筑物的破坏而产生的。当强风作用于建筑结构时，结构破坏的具体形式有：装饰物、玻璃幕墙、维护结构等因受到较大的局部风压而致破坏；非承重墙由于过大的层间位移而致开裂；长期的振动导致结构疲劳、失稳致破坏；框架、承重墙开裂，灾害严重时会产生过大的残

6、余变形，引起或结构主筋屈服，破坏主体结构【lJ。此外，强风灾害还会使居住者由于楼体频繁、大幅度摇晃、摆动而感到不安或不适。风力作用具有静力和动力两重性质。当风作用在建筑物上时，一方面会对建筑物产生一个基本稳定的风压力，另一方面会使建筑物产生风力振动(即风振)。和地震作用相比，风力作用持续的时间更长，而且在建筑物的生存期内发生强风作用的机会也更多，而风力受建筑物周围环境影响更大，在建筑物上的分布也很不均匀。据统计，每年全世界风灾损失大于地震震害损失，而很多建筑物在台风过后也留下了很明显的残余变形。在世界范围内，强风造成的破坏不胜枚举。1926年的一次大风使得美国十余层的框架结构M

7、eyer．Kiser大楼发生了严重塑性变形，围护结构破坏，大楼在风暴中严重摇晃，如图1．1所示；1991年，孟加拉国风灾一共造成14万人丧生，摧毁或损坏100万栋民用建筑，造成了30亿美元损失；1992年，安德鲁飓风侵袭美国的佛罗里达州，把面积约为100多万平方英里城镇的建筑夷为了平地，经济损失达到300亿美元；1994年，“弗雷德”台风袭击我国浙江省，共造成房屋的倒塌和损坏达80多万间，死亡人数1000多人，总经济损失达177．6亿人民币，约合20多亿美元；2005年，卡特里娜飓风从美国西