钢筋混凝土复杂应力构件的配筋优化研究

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1、万方数据学校代号：10532学号：B090100040密级：湖南大学博士学位论文钢筋混凝土复杂应力构件的配筋优化研究国家自然科学基金(50908082，51338004)资助迨窒握童旦塑；2Q!垒生12旦三日迨窒簦整旦麴；2Q!垒生12旦垒目万方数据TheresearchonreinforcementoptimizationofreinforcedconcretememberundercomplexstressstateByZHANGHuzhiB．E．(HunanUniversity)2005M．S．(Hu

2、nanUniversity)2008AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringCivilEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorYIWeijianandAssociateProfessorLIUXiaDecember，2014万方数据湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所

3、呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。靠者虢和甚鸟苔日期必，彭年／瑚g--日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数

4、据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位沦文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密商。(请在以上相应方框内打“√”)作者豁弘鹗心吼孔惭2月厂日刷帷名般乳五7莨嗍伽眸，2月汕万方数据钢筋混凝土复杂应力构件的配筋优化研究摘要钢筋混凝土复杂应力构件的配筋设计一直是一个难点，过去常使用经验方法，当前渐渐流行应力方法。从力学概念上来讲，这是一次很大的进步。然而当前已有的应力方法还不够成熟，存在着诸多的问题。本文正是以解决这些问题为出发点，致力于推动复杂应力构件的设计从经

5、验和半经验方法到弹性应力方法，再到弹塑性应力方法，在已有的遗传演化结构优化的基础上提出了一种相对更合理同时也便于使用的设计方法，并对其各方面的性能进行了研究。论文包括以下主要内容：根据已有的开洞深梁试验结果探讨了目前基于整体式模型分析的遗传演化结构优化的优缺点，其在拥有良好的拓扑构造能力的同时也存在不少缺陷，例如基于线弹性分析的结果，忽略混凝土结构非线性受力的特点使得分析不够准确，得到的拓扑可视化图形结果往往较为模糊，简化建立拉压杆模型时主观因素干扰较强，最终得到一个钢筋配置较集中、破坏形态不够理想的设计结

6、果。因此，本文提出遗传演化结构优化新的应用方式——钢筋分离式模型遗传演化结构优化，将遗传演化结构优化从弹性应力方法推广到弹塑性应力方法，考虑材料非线性的影响，降低优化过程的主观因素，提高了分析的精准度和合理性。然后进一步基于应力包络值完成了优化，将这种新方法从针对单个荷载的情形推广到可应用于多个荷载的情形，改善了该方法的实用性，使其更加接近工程设计需要。本文以深梁、剪力墙、牛腿等多种复杂应力构件作为数值算例完成了相应钢筋分离式模型遗传演化结构优化的拓扑构造，然后钢筋分离式模型遗传演化结构优化被用以与多种已有

7、的方法进行设计用钢量的对比，由此其可行性、稳定性和经济性都得到了初步的验证。本文还利用ATENA软件进行相关的非线性有限元仿真分析，比较钢筋分离式模型遗传演化结构优化、弹性应力方法和经验方法设计的开洞剪力墙构件在极限承载力、变形、裂缝开展、破坏形态等方面的性能差别，再通过静力加载完成了四片开洞剪力墙试件的对比试验，一方面探讨钢筋分离式模型遗传演化结构优化设计的开洞剪力墙的极限承载力、延性变形能力、刚度退化过程、钢筋工作状况和破坏形态，另一方面对比弹性应力方法和作为一种弹塑性应力方法的钢筋分离式模型遗传演化结

8、构优化设计的试件性能的差异，同时也为钢筋混凝土剪力墙受力性能和配筋设计的研究提供试验依据，从而应力方法，尤其是其中的钢筋分离式模型遗传演化结构优化这种新方法的可靠性和优越性得到了进一步的证明。本文最后分析了静力试验中记录的应变和裂缝数据，由此探讨复杂应力构件万方数据博士学位论文随之损伤而发生的应力蕈分布和传力路径改变的现象，构件内部应力场变化对其承载的影响，不同方法设计的试件传力路径变化与最终破坏形态之间的关系等