四边连接梯形波纹钢板剪力墙优化设计研究

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由于钢板剪力墙具有较为优秀的弹塑性性能、延性性能、滞回特性等,因此一直以来钢板剪力墙都是作为一种优秀的抗侧力体系被广泛用于地震多发地区的高层与超高层建筑当中。但传统的平钢板剪力墙存在如刚度退化严重,钢板过早屈曲并产生屈曲噪音,框架和钢板无法同时安装影响工期等问题。为了解决传统钢板剪力墙存在的问题,学者们开始提出一种用波纹钢板代替平钢板作为内嵌钢板的新式钢板剪力墙。波纹钢板剪力墙是近二十年才出现的新型结构形式,国内外对其的研究才刚刚起步,绝大部分的研究都还停留在参数分析以及简单枚举法试验等比较浅层的领域,缺乏将波纹钢板剪力墙作为一个整体结构进行系统优化计算的研究。因此本文将在前人的研究基础上,通过Python编程语言与ABAQUS的良好交互,实现有限元模型的全自动建立和遗传优化算法的高效运行,探究设计参数改变时,不同设计参数下的波纹钢板剪力墙性能,并着重研究波纹钢板剪力墙的优化过程及其优化后的性能。主要完成的工作如下:(1)通过单调加载分析,总结了不同参数对波纹钢板剪力墙抗侧性能的影响与影响程度。结果表明:初始缺陷的存在、波纹钢板的高厚比、宽高比对波纹钢板剪力墙抗侧性能的影响效果较为显著;波纹钢板的波纹比和波纹数量对波纹钢板剪力墙抗侧性能存在一定的影响;初始缺陷的大小对波纹钢板剪力墙抗侧性能几乎没有影响。(2)通过引入精英保留策略,对标准遗传优化算法进行改进,建立了改进型的遗传优化算法。利用一例波纹钢板剪力墙模型,对改进后遗传算法的可行性和优越性,以及波纹钢板剪力墙结构优化的有效性进行了讨论和验证。(3)采用改进后的遗传优化算法,探索了波纹钢板剪力墙在优化进程下的演化规律,结果表明在以ALLPD不等于0时对应的结构位移为目标函数时,不同宽高比的波纹钢板剪力墙演化规律都是类似的,都趋向于形成短波谷、高波高、薄板厚的波纹钢板结构形式。(4)对优化后的波纹钢板剪力墙进行了拟静力数值模拟试验。研究表明,宽高比<1时,通过波纹钢板替代平钢板作为内嵌钢板的形式可以有效提高钢板剪力墙结构体系的耗能能力、屈曲荷载、承载力等,同时对刚度退化与结构的“捏拢现象”都有非常好的改善作用。当宽高比≥1时,波纹钢板剪力墙对屈曲荷载与刚度退化仍然有较好的改善作用,但对于耗能能力、承载力等其他性能影响较小。
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