五星形桩截面尺寸优化及竖向承载机制试验研究

五星形混凝土桩是一种新型截面异形桩,由圆截面均匀内切5个圆弧形成,其截面参数主要有被切割圆半径R、切割圆半径r、切割圆弧所对应的外包圆圆心角2x、外包圆弧对应圆心角θ。经截面尺寸优化分析,推导出周长最大化五星形桩和周长面积比最大化五星形桩。为进一步掌握五星形桩承载性能,以砂雨法制作土样,在干砂中进行了4根单桩对比模型试验研究,4根单桩为:周长面积比最大化五星形桩F_2、周长最大化五星形桩F_1、与F_2等截面周长圆桩C_1、与F_2等截面面积圆桩C_2。试验结果表明:与F_1相比,F_2的桩侧表面积与其相近,极限承载力大致相同,但F_2混凝土用量是F_1混凝土用量的0.75倍,单位体积混凝土承载力更高,F_2为最优的截面尺寸;与等截面面积小圆桩C_2相比,F_2桩侧表面积是其1.53倍,极限承载力是其2.4倍,显示出在相同混凝土用量下五星形桩F_2具有良好的承载性能,截面异性扩大效应明显;与相同截面周长的大圆桩C_1相比,F_2桩截面面积是其0.44倍,极限承载力是其0.96倍,但F_2桩单位体积混凝土承载力是C_1桩的2.21倍,显示出更高的承载性价比。各级荷载作用下五星形桩侧摩阻力所占比例在80%以上,特别是F_2桩,在90%以上,表现出摩擦桩的特性。研究成果可对五星形桩的工程应用提供一定理论支持。

基于遗传算法的钢框架-BRB结构优化

将钢框架—BRB结构优化设计分为小震优化阶段和大震调整阶段。小震优化阶段以造价最低为优化目标,引入拓扑变量来表示BRB的布设位置,将BRB的位置、等效截面面积和框架的截面作为设计变量,在同时满足梁柱构件的强度和稳定性约束、BRB不屈服约束及层间位移约束的前提下,通过遗传算法对钢框架—BRB结构进行整体优化;大震调整阶段对不符合大震层间位移约束的结构采用准则法调整构件截面。进行了较为全面的钢框架—BRB结构优化设计,在满足规范要求的前提下大幅降低结构造价,提高了结构的经济性。

抗滑桩截面经济优化设计探讨

以三峡库区兴山县二里半滑坡为例,分析了抗滑桩截面尺寸与抗滑桩各内力之间的关系,论述了截面尺寸与混凝土及锁口护壁费用、钢筋费用及单抗滑桩工程总费用之间的相互关系,提出了最优截面尺寸的概念。在此基础上考虑抗滑桩的结构要求,提出了确定合理的截面尺寸的方法:若最优截面宽度满足构造要求,则选取该截面作为设计截面;否则选取构造宽度下使工程造价最小的高度作为设计截面高度。

张弦桁架尺寸及预应力优化设计

就设计变量为预应力和截面尺寸的张弦桁架优化设计问题,考虑结构在预应力态和荷载态的性态约束条件,建立了使结构重量最轻的优化数学模型.在求解时,预应力的取值综合考虑了使结构重量最轻和满足结构位移约束的起拱要求.由于优化模型应力约束条件中考虑了钢结构规范规定的压杆稳定问题,使优化结果更接近于实际工程.算例表明算法是有效的.

体外横向预应力混凝土梁构造设计优化分析

对采用10.9级高强螺栓作为体外横向预应力筋加固已有构件的可行性进行了探讨,并对体外横向预应力混凝土梁的构造设计进行了优化分析.为保证外置横向预应力混凝土梁的加固效果,确保横向预应力能有效施加到混凝土梁上,设计了顶(底)板+侧板+肋板的钢垫板组合方式.通过有限元计算比较分析,确定了钢垫板的优化组合方式和截面尺寸.

预应力索-桁架结构形状优化设计

就预应力索-桁架结构形状优化设计问题,考虑了施加预应力阶段、预应力与荷载共同作用阶段的性态约束条件,建立了设计变量包括截面尺寸、索力值、杆件及索节点坐标的形状优化数学模型;在求解方法上将设计变量分为两个子空间:第一子空间为索力值和截面尺寸优化设计空间,第二子空间为形状优化设计空间;第一子空间给出新的求解方法以减轻结构重量,第二子空间用节点渐进法优化结构形状和布索位置以增加结构刚度。算例表明,该方法能使结构重量逐步减轻,结构刚度不减,形状逐步达到最优。

多索预应力桁架结构优化设计

对影响多索预应力桁架结构优化设计的变量,包括索力值和截面尺寸进行研究。考虑了预应力作用阶段及预应力和荷载共同作用阶段的性态约束条件,建立了以结构重量最小为目标函数的数学优化模型。在求解方法上,用满应力准则法确定索力值和截面尺寸并将索力值的求解转化为线性规划模型。算例表明,方法具有较好的计算效率和收敛性。

预应力索-拱结构优化设计

在强度、刚度、尺寸等约束条件下,以结构重量最轻为目标函数建立预应力索-拱结构优化设计的数学模型。对截面尺寸和索力这两种性质不同的设计变量,采用两级优化方法处理,对预应力的优化以结构在荷载(包括自重)和预应力共同作用下结构各构件的应力平方和最小为目标函数建立数学规划模型;对截面尺寸的优化采用浮动应力指数法。算例表明,该方法能有效地克服预应力和截面尺寸这两类变量在数值和性质上的不统一所造成的不易收敛问题,可以较快地收敛到满意结果,适用于预应力钢结构优化设计。

预应力索-桁架结构布索位置优化设计

对于预应力索承桁架索力值、构件截面尺寸、布索位置进行优化设计.通过满应力设计确定索力值和截面尺寸以减轻结构重量,通过逐步移动索节点位置以增加结构刚度.算例表明,该方法能使结构重量逐步减轻,结构刚度不减,布索位置逐步达到最优.

Optimum Determination of Partial Transmission Ratios of Three-Step Helical Gearboxes for Getting Minimum Cross Section Dimension

This paper presents a new study on optimum calculation of partial ratios of three-step helical gearboxes. The chosen objective function is the cross section dimension of the gearbox. In solving the optimization problem, the design equation for pitting resistance of a gear set was investigated and equations on moment equilibrium condition of a mechanic system including three gear units and their regular resistance condition are analyses. From the results of the study, effective formula for determination of the partial ratios of three-step helical gearboxes is introduced. As the formulas are explicit, the partial ratios can be calculated accurately and simply.