基于并行计算和遗传算法的钢-UHPC华夫板组合梁优化设计

为实现钢-超高性能混凝土(UHPC)华夫板组合梁结构快速经济合理的设计,提出了基于并行计算与遗传算法的结构优化设计方法.通过Python建立了并行计算平台,使Abaqus和Python能够执行同步数值模拟和数据处理,以成本最小化为目标,采用遗传算法对钢-UHPC华夫板组合梁进行了优化,验证了所提方法的可行性.结果表明,遗传算法中密集的分析任务可以并行化并分配给不同的计算资源以提高计算效率;使用并行计算可以提高8.6倍的优化效率;并行计算和串行计算的CPU平均使用率分别为82%和18%.本文方法的成功应用可为其他类型结构的优化设计提供参考.

钢-UHPC华夫板组合梁抗剪性能试验研究

为研究钢-UHPC华夫板组合梁在静载作用下的竖向抗剪性能,对4个组合梁试件进行了静力试验,主要变化参数包括华夫板平板厚度、肋的高度、翼板宽度。通过分析试件破坏过程、荷载-跨中挠度曲线、应变分布规律,对不同参数下试件的破坏模式和承载能力进行研究。研究结果表明:试件共有剪切破坏和剪切、弯曲复合破坏2种破坏模式;与普通组合梁不同的是,由于钢纤维的"桥接作用",UHPC翼板剪切开裂后呈现多条剪切裂缝同时开展现象,主裂缝周围出现大量细而密的微小剪切斜裂缝,钢纤维显著提高了组合梁的抗剪承载力和变形能力;华夫板纵、横肋的设计削弱了组合梁的整体工作性能,在几何突变处出现应力集中现象,使得此处率先发生纵向开裂;对比试件SUW1和SUW2,保持华夫板整体高度不变,将肋高占华夫板高度比例从50%提高到67%时,承载力下降了3.2%,但变形能力提高了85.8%;对比试件SUW2和SUW3,保持平板厚度保持不变,将肋的高度从60mm增加到90mm时,承载力提高了22.5%,但变形能力下降了48.6%;对比试件SUW1和SUW4,将翼板宽度提高47.3%时,承载力和变形能力分别提高了19.0%和48.5%;提出综合考虑纵肋与钢纤维影响的钢-UHPC华夫板组合梁抗剪承载力计算公式,理论计算值与试验值吻合良好。

钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区抗弯性能试验

为研究钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区抗弯性能,考虑华夫板板肋高度比、纵筋配筋率以及采用抗拔不抗剪栓钉连接件对钢-UHPC华夫板组合梁的破坏模式、裂缝发展规律及承载能力的影响,采用跨中单点加载方式完成了4根钢-UHPC华夫板组合梁试件在负弯矩作用下的静力加载试验。基于简化塑性理论,并考虑将UHPC受拉区的拉应力分布等效为均匀应力分布,提出了负弯矩区钢-UHPC华夫板组合梁的极限抗弯承载力计算方法。研究结果表明:负弯矩作用下,4根钢-UHPC华夫板组合梁试件的破坏形态均为典型的弯曲破坏;极限状态下,华夫板内纵向受拉钢筋屈服,钢梁上翼缘受拉屈服,钢梁下翼缘受压发生局部屈曲,华夫板跨中主裂缝贯通,其余裂缝呈现密集分布且纤细的特点。保证华夫板总高度90mm不变,板肋高度比由1∶1减小为1∶2会加剧华夫板的裂缝开展,使试件的开裂荷载和初始刚度略有降低,但承载能力基本不变。华夫板配筋率增大1.05%,试件的承载力与刚度分别提高18.4%与7.7%,并且有助于约束华夫板的裂缝宽度。采用抗拔不抗剪栓钉连接件可在一定程度上抑制试件在正常使用阶段时的裂缝开展,但会导致试件承载力、刚度和延性下降,下降幅度分别为6.9%、9.6%和19.7%。根据所提出的钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区极限抗弯承载力的理论计算公式所得的计算值略低于试验值,且相对误差在10%以内。