考虑延性_自振周期的抗震结构多目标优化设计_张永胜

第29卷第6期1998年11月

太原理工大学学报Vol.29 No.6

Nov.1998

JOURNALOFTAIYUANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

考虑延性、自振周期的抗震结构多目标优化设计

张永胜

¹

  

 陈新华

(建筑设计研究院)

  

 李雁英

(太原石油中专学校)

(土木工程系)

  摘要 利用抗震结构的多目标优化设计理论,同时考虑延性及结构自振周期,对钢筋混凝土结构造价最低和延性最好的两个目标函数进行优化设计,按照现行的《混凝土结构设计规范》(GBJ10-89)及《建筑抗震设计规范》(GBJ11-89)建立了数学模型;并根据GBJ11-89给出的4类场地的特征周期,计算了钢筋混凝土框架结构的算例。结果表明,在抗震结构优化设计中,同时考虑结构的延性和结构的自振周期有利于结构的抗震。

关键词 抗震结构;多目标优化;延性;结构自振周期

中图分类号 TU311.3

  对于抗震结构,当结构的自振周期与场地的特征周期相等或接近时,由于共振效应,可以使结构的地震反应很大。因此,抗震结构优化设计中,它对结构本身的自振周期加以约束,使其避开场地特征周期,结构就不会发生共振,一般的研究抗震结构优化设计的文献往往没有涉及到频率或周期的约束,而专门研究有关频率约束的文献仅限于静载。本文利用抗震结构的多目标优化设计理论,对考虑延性、结构自振周期约束的抗震结构的多目标优化设计进行了研究[1]。

抗震结构的多目标优化设计是指在优化过程中,同时考虑结构的造价最低和结构的延性最大为两个优化目标。优化过程中以结构的造价和结构的延性这两个目标的某种组合为目标函数,以结构构件的截面为设计变量,考虑约束条件,通过优化得到最优解或满意解。

上只对基频进行约束即可:

X1≥Xa .

(1)

其中,X1,Xa为结构的基频和频率下限值。

另一种是规定一个频率禁区,要求结构的自振频率不能落在禁区中,即:

X1|

[Xa,Xb] .

(2)

其中,Xa,Xb为频率禁区的上下限。

本文按第二种频率约束考虑。利用结构动力学中求结构自振频率的方法,假定已求得结构的M个自振频率,并按由小到大的顺序排列为:

X1≤X2≤……≤

考虑延性_自振周期的抗震结构多目标优化设计_张永胜

Xn .

对于式(2)的频率约束,可分为以下3种情况:

(1)所有的自振频率都小于禁区频率的下限,如图所示: Xm≤Xa.

X1,X2,…Xm

Xa

Xb

1 结构自振频率约束的处理

对于承受周期激烈振荡荷载作用的工程结构,为了避免共振常常需要对结构的自振频率加以限制。对频率的约束一般有两种方法:一种是要求结构的自振频率全部不小于某一个规定值,这样实际

¹

(2)所有的自振频率都大于禁区频率的上限,如图所示: X1≥Xb.

Xa

Xb

X1

男,1964年生,讲师,硕士,太原理工大学土木工程系,030024

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