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张弦梁结构的预应力和矢高优化

艾威  
【摘要】:张弦梁结构是通过撑杆连接抗弯、受压构件和抗拉构件,充分发挥拱型的结构受力优势和索材的高抗拉强度的一种结构形式,在国内外的工程实践中逐渐得以应用。 本文对张弦梁结构在荷载状态下的受力特性进行了非线性分析。在单向张弦梁算例中由于单榀间距较大对每榀平面张弦梁取了不同的预应力,减小了结构的挠度和内力;双向张弦梁算例中为了提高张弦梁端部交汇处的刚度,采取了变截面的上弦梁,使张弦梁的端部交汇处挠度得到了有效的控制,优化了结构的性能。 本文对张弦梁结构的预应力的作用和引入方法进行了详尽的分析,并采用了初应变法引入结构的预应力,分别用单向和双向张弦梁进行了非线性分析,得出了预应力对结构内力和位移的影响并根据预应力的定义和作用提出了寻求合理预应力的方法。 目前张弦梁的设计过程一般是设计人员根据同类结构已有的设计经验假定梁截面、预应力、矢高等尺寸和数据,然后在此基础上进行结构的内力分析,以验算是否满足结构的应力、位移等约束条件。如果计算结果不满足条件,再重新选取截面进行计算,由于过程繁琐而且不连续很可能设计方案非最佳方案,甚至相去甚远。针对以上问题,本文重点对张弦梁结构的优化设计进行研究,以参数的设定、优化的步骤、优化的程序为线索对一个单向张弦梁实例进行了优化分析。借助ANSYS软件的模拟以矢高和垂度作为设计变量,以结构位移和内力为状态变量,以结构总重量为优化目标,得出了优化结果和一些有用的结论。


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