臺灣博碩士論文加值系統

為改善結構抗震設計本研究整合電腦輔助工程分析軟體ANSYS 及改良二進位微分演化演算法進行建築的斜撐最佳化設計。ANSYS的參數設計語言(APDL)被應用到結構地震反應的自動化分析，斜撐的設計用一個0/1的字串表示，最後運用改良二進位微分演化演算法進行使用斜撐強化建築設計的抗震能力，尋找位移量小且斜撐成本合理的最佳化設計。
在最佳化搜尋過程中，二進位字串被轉換成結構的幾何模型的斜撐設計，接著用ANSYS的頻譜響應方法進行地震反應分析。由分析結果中找到最大位移量加上斜撐使用的數目作為成本考量計算最佳化的目標函數。本研究所使用的整合ANSYS及MBDE架構成功的應用到強化結構的抗震設計上。

In order to improve the design for earthquake resistant of building, the computer-aided engineering software ansys is integrated with modified binary differential evolution algorithm(MBDE) for searching best bracing configuration. Ansys parametric design language(APDL) is used for automation of analysis of earthquake response of building. The configuration of bracing is encoded into 0/1 binary string. Finally MBDE is applied to minimize the maximum displacement of building with compromise cost of bracing enhancement.
During the optimization process binary string used in MBDE is decoded into bracing configuration of building model. Then the model is analyzed using spectrum response method of ansys for seismic response. The maximum displacement of building and the number of bracing components are applied in calculation of objective function for optimization search. The architecture of integration of ANSYS and MBDE developed in this study showed that it can be successfully applied to design enhancement of seismic resistant building.

誌謝 i
中文摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
圖、表目錄 vi
第一章緒論 1
1.1研究動機與目的 1
1.2文獻探討 2
1.2.1改良微分演算法 3
1.3論文架構與概述 4
第二章ANSYS程式功能與分析架構 5
2.1有限元素法 5
2.2 ANSYS分析流程 5
2.3ANSYS 工作平台程式功能簡介(Workbench) 7
2.4 ANSYS參數化設計語言功能簡介(APDL) 7
第三章建築分析設計與模擬 8
3.1參數化設計語言模型建構 8
3.1.1參數化設計語言模型初步設定 9
3.1.2建模座標參數 10
3.1.3響應譜結構分析 13
第四章自動化過程與最佳化分析 14
4.1自動化與最佳化流程 14
4.2二進制微分演化演算法架構 15
4.3二進制突變機制 15
4.4二進制交配機制 16
第五章最佳化分析結果 21
5.1設計結構最佳化結果 21
5.1.1參數設定(300代) 21
5.1.2參數設定(500代) 30
第六章結論與未來展望 38
6.1結論 38
6.2未來展望 39
參考文獻 40


圖、表目錄
圖2.1ANSYS分析流程圖 6
表3.1建築結構模型尺寸 8
圖3.1柱陣列複製 10
圖3.2樓板陣列複製 10
表3.2參數化設計語言無斜撐結構分析結果 13
表3.3參數化設計語言有斜撐結構分析結果 13
圖4.1自動化與最佳化流成圖 14
圖4.2二進制突變機制 16
圖4.3二進制交配機制 17
圖4.4單一群組(二進制) 18
圖4.5自動化建模示意圖 20
表5.1最佳化參數300代 21
圖5.1低樓層最佳分析結果(2*9)樓(單位m) 23
圖5.2低樓層最佳分析結果(2*9)樓-2(單位m) 24
圖5.3中樓層最佳分析結果(2*18)樓(單位m) 25
圖5.4中樓層最佳分析結果(2*18)樓-2(單位m) 26
圖5.5高樓層最佳分析結果(2*30)樓(單位m) 28
圖5.6高樓層最佳分析結果(2*30)樓-2(單位m) 29
表5.2最佳化參數500代 30
圖5.7低樓層最佳分析結果(2*9)樓(單位m) 31
圖5.8低樓層最佳分析結果(2*30)樓-2(單位m) 32
圖5.9中樓層最佳分析結果(2*18)樓(單位m) 33
圖5.10中樓層最佳分析結果(2*18)樓-2(單位m) 34
圖5.11高樓層最佳分析結果(2*30)樓(單位m) 35
圖5.12高樓層最佳分析結果(2*30)樓-2(單位m) 36

[1] 張淑謙， “ANSYS Workbench 15.0有限元分析從入門到精通” ，2014.9。
[2] 張淑謙，“ANSYS 15.0有限元分析從入門到精通” ，2014.8。
[3] 中華民國地震工程學會耐震補強委員會，“鋼筋混凝土建築物補強及修復參考圖說及解說” ，2015.12。
[4] 譯者: 黃銘偉，“JavaScript大全(第六版)” ，2012.4。
[5] 丁欣碩、凌桂龍，“ANSYS Workbench 14.5有限元分析案例詳解” ，2014.2。
[6] 高耀東、李震、尹明、宿福存， “ANSYS Workbench 機械工程應用精華30例”，2013.3。
[7] 黃志新、劉成柱，“ANSYS Workbench 14.0超級學習手冊”，2013.4。
[8] 中華民國結構工程學會、中國土木水利工程學會、中華民國地震學會、台灣省結構工程技師公會、新北勢結構工程技師公會、國家地震工程研究中心，“鋼造建築耐震設計技術手冊”，2015.12。
[9] 高耀東、劉學杰、何建霞，“ANSYS Workbench 機械工程應用精華50例(第三版)”，2011.5。
[10 ] 財團法人中興工程顧問社、中國土木水利工程學會混凝土工程委員會，“混凝土工程設計規範之應用”，2011.11。
[11] 高山峯夫、田村和夫、池田芳樹，“簡單搞懂耐震制震隔震”，2015.7。
[12] 謝仰泰，“3D圖解建築技術規則建築設計施工編”，2016.1。
[13] 杜冠賢，“結合自適應共振理論與微分演算法於結構拓樸最佳化”， 2011.7
[14] 張荻薇，“地震後受損鋼筋混凝土建築物之補強及耐震補強後設計法?，結構工程，第二卷，第一期，1987。
[15] 黃彥瑜，“K 型韌性斜撐對結構耐震行為之影響?，國立台灣科技大學，營建工程系，中華民國一○○年七月二十二日
[16] 魏志毓、蔡克銓，“挫屈束制支撐構架之設計?，中華民國結構工程學會，結構工程，第二十三卷，第四期，第85-100頁，民國九十七年十二月。
[17]曾科穎，“三次元結構拓樸最佳化設計-遺傳演算法之應用?，碩士論文，機械工程研究所，大同大學，2003
[18]陳苑均，“液流阻尼器應用於單間樓層鋼架之控制分析?，碩士論文，土木工程研究所，國立成功大學，2012
[19] M. Kargahi , C. A .James “Structural optimization for seismic design”,World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver,B,C.,Canada,August 1-6.2004,PP. 1060
[20] A. Melani , R.K. khare, R.P. Dhakal, J.B. Mander. “Seismic risk assessment of low RC frame structure”,Structures, February 2016,Volume 5, PP. 13–22
[21] X. Lu ,J. Wang , “FuwenZhang.Seismic collapse simulation of spatial RC frame structures”.Computers and Structures,2013,PP. 140-154
[22]E.Pavan, Kumar, A.Naresh, M.Nagajyothi, M.Rajasekhar. “ Earthquake Analysis of Multi Storied Residential Building”, Journal of Engineering Research and Applications ,2014,PP. 59-64
[23] M. N. Fardis. “Advances in Performance-Based Earthquake Engineering” Prentice Hall, Englewood Cliffs, N.J,2010
[24] A. K. Chopra. “Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering” Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ,2007
[25] A. J. Durrani , J. K. Wight. “Behavior of Interior
Beam-to-Column Connections Under Earthquake-Type Loading.” ACI Structural Journal, 82(3),1985,PP. 343-349.