基于拓扑优化和模块化组成的UHPC围护结构受力性能研究

摘要

针对围护结构安全、美观、轻量化的需求，该文提出一种基于拓扑优化和模块化组成的超高性能混凝土（UHPC）围护结构及其节点连接方式。首先，基于给定材料体积约束下结构柔顺度最小化的方法，对UHPC围护结构进行优化，并开展优化前后受力性能对比。采用模块化设计，取模型中受力最不利区域的优化结果作为基本构型单元，进而提出一种可将模块简单拼装的UHPC榫卯节点。考虑节点接缝处受力较为薄弱的特性，开展该类节点受力性能的有限元分析，并将其与传统螺栓-钢板节点进行对比。结果表明：基于拓扑优化和模块化组成的UHPC围护结构在保证刚度和承载性能较高的同时，体积约减小35%；文中榫卯节点相较于螺栓-钢板节点受力性能上较有优势，因此能够实现与传统螺栓-钢板节点达到等强的要求；为取得较好效果，UHPC榫卯节点接缝键齿的内倾角不宜大于60°，外倾角不宜小于90°。

关键词

桥梁工程 / 围护结构 / UHPC / 拓扑优化 / 模块化 / 节点