摘要：为了得到适用于复杂受力构件的配筋设计,研究其最优拓扑钢筋布置,将遗传演化结构优化应用于钢筋分离式模型得到的最优拓扑钢筋,提出一种新的复杂受力构件配筋设计方法。首先,通过分解、连接、归并设计等简化措施对拓扑解中的钢筋进行简化设计,得到施工可操作性大幅提高的初步配筋图,再进行局部补强以满足现行规范的构造要求,得到最终配筋设计图。运用提出的方法对5种不同类型的复杂受力构件进行了配筋设计,并在双侧开孔深梁的算例中,与弹性应力法及经验法进行钢筋利用率、力学性能等比较。研究结果表明:钢筋分离模型遗传演化结构优化可以直观地构造出钢筋混凝土复杂受力构件的钢筋布置方案,但该方案的施工可操作性不高,且其忽视构造要求,导致弹塑性内力重分布后安全保障缺失;简化设计结果能直观地得出钢筋具体布置情况,钢筋简化明确、布置规整;斜向钢筋较大幅度地被简化,施工可操作性增强,并添加必要的满足规范要求的构造钢筋,配筋设计结果更趋完善;双侧开孔深梁的算例中,按照简化设计方法对最优拓扑钢筋进行简化设计,增加7.74%的钢筋用量后得到初步配筋图,添加26.19%的构造钢筋用量后可以得到简化设计方法设计的最终配筋图,与弹性应力设计法和经验设计方法相比,最终配筋图分别节省了16.24%和35.35%以上的用钢量;经大量不同类型的复杂受力构件算例证实,该新方法不仅有着良好的普遍性、稳定性与可行性,且与当前设计方法相比,有着较高的经济性,能够为复杂受力构件的配筋设计提供参考。

摘要：针对不同的洞口尺寸和洞口位置,按拓扑优化中的遗传演化算法构造拉压杆模型和我国规范推荐的经验方法,设计了4组共8个钢筋混凝土开洞深梁试件。通过静载试验对两种方法设计的试件进行对比,结果表明:按拉压杆模型方法设计的试件不仅具有较高的受剪承载力、较充分的裂缝开展和较好的延性,而且有效解决了按经验方法设计的试件纵筋不能充分利用的问题。通过比较实测的受剪承载力和按材料标准值计算的设计受剪承载力,结果表明:拉压杆模型方法可以得到偏于安全的承载力预测值,而经验方法的预测结果偏差较大;开洞深梁的破坏形态,洞口尺寸较小时由"瓶形"斜压杆两侧的斜裂缝开展起控制作用,而洞口尺寸较大时,虽然也由斜裂缝控制破坏,但显现一定的弯曲破坏特征。

摘要：遗传演化结构优化算法自提出以来,研究主要针对单荷载工况的情形,研究成果对于指导实际工程设计存在缺陷.为了满足工程应用的需求,本文以ANSYS有限元软件的非线性分析为平台,选用solid65单元和link10单元分别模拟混凝土单元和钢筋单元,将分离式模型遗传演化结构优化推广到复杂应力构件多荷载工况下的配筋优化.通过选用开洞深梁和开洞剪力墙作为数值算例以验证,分离式模型遗传演化结构优化可以综合考虑多个荷载工况的影响,减少人为因素的干扰,直观地计算出钢筋配置方案,很好地完成复杂应力构件在多荷载工况下的配筋优化设计,所得的结果符合受力机理,且不会使钢筋过度集中,还因为提高了钢筋的利用效率,所以相比弹性应力设计方法节省了用钢量.

摘要：当前在运用渐进结构优化(ESO)时,大多仅设定了单一的静力或动力目标,难以满足工程结构设计的需求。为此,将单目标优化常用的应变能灵敏度和频率灵敏度进行无量纲处理,再与多目标优化理论结合,开发出静动力双目标ESO。通过多个不同边界条件的深受弯构件数值算例,证实了新方法的运行稳定性和普遍适用性,同时还得到了静力优化与动力优化间的权重系数比取值建议。有限元对比分析结果表明,该新方法相较于传统的单目标优化,能够兼顾结构的静动力性能,使结构耗材减少但静力刚度基本维持,同时材料利用率和一阶固有频率还能不断提升。

摘要：钢筋混凝土D区的配筋设计是一个难点。基于试验结果的经验设计方法一直饱受诟病,拉压杆模型等应力方法却又不够成熟,基于整体式模型的遗传演化算法还存在诸多问题。基于分离式模型和非线性分析结果的遗传演化算法可以直观地得到较为分散的配筋设计,利用钢筋分离模型遗传演化结构优化构造了悬臂深梁、异形梁、牛腿等多种钢筋混凝土D区构件的配筋拓扑,验证了钢筋分离模型遗传演化结构优化在钢筋混凝土D区配筋优化方面的普遍能力。还借助有限元软件探讨了一组开洞剪力墙的非线性力学性能,证实了钢筋分离模型遗传演化结构优化设计的构件在比弹性应力方法节省20%左右钢筋用量、比经验方法节省超过75%钢筋用量的前提下,与弹性应力方法设计的构件承载能力基本相当,比经验方法设计的构件极限承载力仅低不到15%;且钢筋分离模型遗传演化结构优化从延性方面对钢筋混凝土D区构件的性能进行了改善。

摘要：为探讨不同荷载工况对钢筋混凝土深梁拓扑优化的影响,同时改进当前深梁设计方法,采用渐进演化类拓扑优化算法寻求钢筋混凝土开洞深梁在不同集中加载工况和荷载集度工况下的最优拓扑结构,再依据这些最优拓扑结构建立相应的压杆-拉杆模型,并分析这些最优拓扑结构和压杆-拉杆模型的差异。结果表明:压杆-拉杆模型均为较符合满应力分布的Michell结构;集中荷载作用在梁顶时,荷载从加载点通过最短直线压杆以压力的形式向支座传递;集中荷载作用梁腹和梁底时,荷载则通过伞状拉杆悬吊在主压拱上,再向支座传递;随着荷载集度降低,最优拓扑结构向拱或拱-组合压杆的组合体系演化。在工程设计中,对于不同荷载工况条件下的钢筋混凝土深梁,可以参照最优拓扑结构在内部有针对性地设计隐藏的受压加强构件或受拉钢筋。

摘要：基于承载力、构造要求、混凝土开裂等多种情况,对比了遗传演化结构优化(GESO)与遗传递增演化结构优化(GAESO)两类优化算法的拓扑形状、计算效率、材料用量。随后,按弹性应力设计方法配筋与钢筋分离模型GESO设计方法配筋设计了构件静力对比试验,并根据试验结果类比分析了钢筋分离模型GAESO设计方法在混凝土开裂应力重分布时的表现。最后对双向、单向渐进演化结构优化算法进行了对比。结果表明:GAESO算法的效率高于GESO算法,能更好地利用构造钢筋的承载力;GESO设计方法得到的构件塑性更高,双向渐进演化结构优化寻求最优解的能力更强,但效率较低。

摘要：钢筋应力渐进结构优化以钢筋单元应力为灵敏度,针对钢筋分布演化出接近钢筋满应力目标的最优拓扑,为钢筋混凝土(RC)深梁的工程配筋设计提供新方法。按照该方法完成RC简支深梁的优化配筋设计,并开展静力试验。试验过程中发现,随着荷载的增大,深梁表面弯曲裂缝充分开展,剪切裂缝得到有效控制,在达到峰值荷载后存在明显的持荷且变形大幅增长阶段,破坏前底部纵筋大面积屈服,最终失效时呈现出正截面破坏形态,表明采用该方法设计的深梁兼具良好的承载能力、耗能能力和延性。经分析,这种基于钢筋满应力目标的深梁配筋优化设计方法中布置斜筋一方面有效补强了混凝土"瓶形"压杆,提高了构件的受剪承载力;另一方面又弱化了底部纵筋的抗力,适度降低了构件的受弯承载力,使底部纵筋控制构件的破坏。该方法既与美国规范ACI 318-14中推荐的拉压杆模型方法的设计思想统一,也与中国规范GB 50010—2010中推行的"强剪弱弯"设计理念一致,由此证实了钢筋应力渐进结构优化在深梁配筋设计上的有效性,可供工程设计参考。

摘要：为了提高钢筋混凝土深梁构件配筋设计方法的合理性,选用遗传演化结构优化算法,并延伸出荷载工况多目标下的应用方式,同时基于拓扑解构建拉压杆模型,衔接拓扑优化与工程设计环节,建立荷载工况多目标拓扑拉压杆模型。采用两个深梁数值算例验证了该模型的可行性和稳定性。从建立拉压杆模型的角度以其力学特性出发,将荷载工况多目标优化的拓扑解分别与各荷载工况单目标优化解、其弹性叠加结果,以及所有荷载工况共同作用下的单目标优化解进行比较,证实了新模型更契合深梁类构件的受力特性,具有更佳的全局寻优能力。荷载工况多目标遗传演化结构优化可以有效解决多目标优化中的病态荷载问题,依据其建立的拉压杆模型直观可行,可以为钢筋混凝土深梁设计提供参考。

摘要：渐进演化类拓扑优化方法在预应力混凝土小箱梁的预应力钢束优化设计中具有广阔的应用前景。以1片30 m简支预应力混凝土小箱梁为对象,借助ANSYS有限元平台开展了基于渐进演化类拓扑优化的预应力钢束设计,首先对结构进行实际设计工况下的二维及三维拓扑优化,两者得到的最优拓扑结构基本类似;然后根据二维最优拓扑结构构建组合模型并进行模型分析,按照组合模型的受力特性优化布置箱梁的预应力钢束。与传统设计方法的对比结果表明:在正常使用极限状态下,经优化后的箱梁满足各应力验算要求,跨中部位上缘压应力增加14.2%,下缘拉应力减少13.8%,有效预防了箱梁下缘裂缝的产生,并降低了跨中挠度。