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基于可靠性的多次预应力钢结构的优化设计

景辉  
【摘要】: 预应力钢结构是一种将预应力与钢结构相结合的新型结构,就是在钢结构中增加某些高强度杆件,并且对这些杆件施加预应力,使其达到改善结构性能,降低结构自重等作用。对钢结构施加预应力可以充分的发挥钢材弹性范围内强度,而多次预应力可以反复的利用钢材弹性范围的极限强度,提高结构承载能力。因此对预应力钢结构进行研究有非常重要的理论意义和工程应用价值。本课题属于国家自然科学基金和北京市自然科学基金项目的部分内容。 论文在单次预应力钢结构的优化模型的基础上,建立了多次预应力钢结构的优化模型,将原有的分级加载,分级优化的模型加以改进,在优化模型中将约束方程中的预拉力约束的取值范围扩大,使得多次预应力的施加次数、施加预拉力的数值大小的确定有了理论根据,并利用线性规划和满约束结合的方法进行求解,通过算例分析,收敛效果较好。 本文分析考虑可靠性的预应力钢结构的优化理论,建立了基于可靠性的预应力钢结构的优化模型,将可靠度指标以分项系数的形式引入优化模型的约束方程当中,以实用表达式形式处理相应的约束条件,并采用线性规划和满约束准则结合的方法进行优化,既提高了多次预应力钢结构设计的效益,又保证了结构的可靠性,模型和算法更加完善。通过算例分析,在优化模型的约束条件中考虑可靠性和不考虑可靠性对优化后的截面面积有一定的影响。这种方法同实际工程设计紧密的联系在一起,便于工程应用。 本文分别从考虑可靠度约束和不考虑可靠度约束的情况下对三杆桁架,和跨度较大的平行弦桁架进行算例分析;并将两种算法结果进行比较,结果证明本文模型与方法是可行的和现实的。 本文工作表明,在预应力钢结构的优化设计中考虑到可靠性是有必要的,符合国家结构设计规范和标准要求,本文的方法为基于可靠度进行预应力钢结构优化设计的工程应用奠定了基础。


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