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基于仿生学的钢筋混凝土高桥墩优化设计
| 论文题名： | 基于仿生学的钢筋混凝土高桥墩优化设计 |
| 关键词： | 仿生学;钢筋混凝土;高桥墩;优化设计;有限元程序;筒体结构 |
| 摘要： | 仿生结构是一种模拟自然界优秀的结构形式、展现自然界力与美纵横交错的结构。它的出现给结构设计带来了革命性的变化,使得工程结构更加丰富多彩。筒体结构作为一种结构体系很早已经出现了,主要应用于高层建筑、电视塔、高桥墩、管道等结构。但是将仿生学应用于筒体结构的设计中,目前国内外仍然很少。本文受自然界中青竹结构和受力特性的启发,将其应用于钢筋混凝土高桥墩的设计当中,具有独特的实用性和观赏性,目前在国内还很少应用。本文针对这种国内少见的设计思想进行研究,对有关问题做一些分析探讨,以求加快其在国内的应用和推广,丰富和完善我国的建筑结构体系。本文首先对仿生学及其应用,国内外建筑仿生结构的发展及应用进行了总结和归纳。其次参考国内外学者对竹材进行的一些研究成果,从中提出能够运用于工程设计的竹材特性,得到了一些关键的重要结论:竹节沿高度方向的分布为由密-疏-密,竹材截面上的纤维管束由外侧到内侧由密-疏的宏观和微观特性。从抗拉强度方面外侧的竹纤维抗拉强度是内侧的10倍左右。然后本文将这些重要思想运用于钢筋混凝土高桥墩的分析中,采用大型有限元程序ANSYS,建立了合理、有效的分析模型,进行了仿生结构静力和动力特性的分析研究。本文研究内容及结论如下:(1)通过对结构施加水平静力荷载,分析和比较了不同模型方案下,结构的整体位移以及内力的变化。(2)考虑钢筋及混凝土材料的非线性情况下对结构进行非线性分析,对结构施加水平荷载,分析和比较了不同模型方案下,结构的整体位移和应力的变化。(3)对不同模型方案进行地震响应分析,分析和比较了不同模型方案在动力作用下顶部节点的位移时程曲线。通过以上分析得到了以下结论:依据竹子进行的仿生结构在静力、动力以及考虑材料非线性下静力作用下,与未仿生结构相比表现出积极的作用,位移随着外侧钢筋所占比例的增大而逐渐减小,应力同样表现出此特性,尤其是在考虑到材料的非线性情况下,仿生结构的顶端位移相比未仿生结构减少约30％左右,钢筋最大应力减小约50Mpa。这说明仿照竹子的特性运用到实际的钢筋混凝土高桥墩的设计当中的思想应该说是可行的。 |
| 作者： | 吕洪举 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 张俊发 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安理工大学 |
| 学位年度： | 2006 |
| 正文语种： | 中文 |
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