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张弦梁结构优化设计

王雪芹  
【摘要】:张弦梁结构是一种新型的预应力钢结构形式,近年来,在会展中心,体育馆等建筑中得到了广泛应用。对张弦梁结构进行优化设计可以起到节约钢材,降低造价,提高结构承载力的作用,从而进一步发展张弦梁结构理论,并对工程实践起指导作用。 本文针对张弦梁实践中需要解决的问题如截面尺寸、预应力值大小、索形状、结构垂度选择等问题进行了张弦梁结构的优化设计。 在张弦梁截面尺寸优化设计方面,建立了满足结构初态和荷载态的应力,应变和规范规定的杆件稳定性要求的优化数学模型,给出了相应的求解方法。截面尺寸优化设计中的设计变量包括索预应力值和截面尺寸两类,求解方法采用分离变量的方法,先确定预应力值的大小,然后用满应力方法确定截面的尺寸,满足结构位移约束的方法可以通过调整预应力值或截面尺寸两个途径分别得到满足。算例表明求解方法简单有效,是索形状优化和垂度优化的基础。 在考虑索形状的截面尺寸优化设计方面,建立了相应的数学模型,模型中包括了三类不同变量:索预应力值,截面面积和索节点坐标。求解方法是将三类变量分为两个优化空间:将索力值和截面面积作为第一个优化空间,利用分离变量的方法解决索力值和截面尺寸的选择,索节点坐标作为第二个优化空间,用节点渐进法求解。在考虑索垂度的截面尺寸优化设计方面,首先推导了垂度移动时的灵敏度的计算公式,然后建立了相应的数学模型,给出了求解方法,算例表明利用该方法可以实现结构垂度的优化选取。


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