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大跨度钢结构吊点布局研究

雷旭  
【摘要】:随着钢结构技术的发展,大跨度钢结构在公共建筑和工业建筑领域得到了广泛的应用。钢结构跨度和复杂度的增加同时又推动了施工安装技术的发展,特别是近年来大吨位、特大吨位起重机不断投入使用,使得整体吊装方法在大跨度钢结构安装施工中大放异彩。与此同时,包括吊点布局问题在内的诸多关键技术问题日益凸显出来。 吊点布局包括吊点数量的选取和吊点位置的布置。不合理的吊点布局方案可能会增加不必要的施工成本,严重的可能引起结构吊装过程中的失效破坏,因此对大跨度钢结构吊点布局进行研究具有重要意义。 本文通过对比最小弯矩准则、应力比和挠度准则及最小应变能准则,总结了不同的吊点布局合理性评价准则的适用对象。 结合双种群思想和单点变异方法,给出一种改进的进化规划算法。利用最小应变能准则,借助ANSYS的APDL二次开发技术,分别以改进的进化规划算法和改进的粒子群算法为基础,在MATLAB环境中编制了适用于大跨度钢结构吊点布局优化的程序,在优化设计过程中后台调用ANSYS进行计算。以某交叉梁系结构为例,通过对比不同优化思路(吊点分层优化和吊点同层优化)、不同优化方法(粒子群算法和进化规划算法)下问题获得最优解的性能和效率,说明使用同层优化思路设计的改进的进化规划算法在性能和效率方面均较优,为解决大跨度钢结构的吊点设计提供了一种新的更有效的方法。 在平面交叉梁系结构的基础上,进一步以空间平板网架为对象,研究吊点布局的规律。通过对比应变能模型和应力比模型,说明最小应力比准则在网架结构吊点布局优化中更适用。通过单因素分析发现:网架形式对吊点布局影响不显著,而越大的网架跨度需要的吊点越多。 最后,将工程成本与吊点布局问题相结合,构建了考虑工程成本的吊点布局问题的数学模型,并根据问题特点,提出了基于设备的解决策略和基于结构的解决策略,为工程施工中制定结构吊装方案提供了思路。


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