基于等效静荷载法的移动荷载结构拓扑优化

土木工程结构中移动荷载的动态特性和惯性特征对结构的稳定与安全具有重要影响,而目前的拓扑优化算法都主要考虑静荷载效应。为了满足对移动荷载拓扑优化的需要,提出一种考虑移动荷载效应的结构拓扑优化设计方法。该方法采用“对偶”加载方式处理移动荷载,并结合等效静荷载法实现考虑移动荷载效应的结构拓扑优化。用提出的拓扑优化方法对案例进行分析,进一步探讨支撑条件和荷载位置对优化结构力学性能的影响,分析对比不同优化后结构在设计荷载作用下的等效应力与跨中位移。研究结果表明:优化后结构在具有良好动力学性能的同时还具有对称性,可有效避免荷载移动方向对优化结构的影响,解决了既有等效静荷载拓扑优化方法无法有效处理移动荷载效应的难题;该方法具有良好的收敛性和适用性,优化后的结构造型美观,受力合理,并节省材料,可为结构设计提供参考。