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空间钢结构施工力学及其优化控制的研究

娄荣  
【摘要】:近年来,空间钢结构在大型公共建筑中得到了广泛的应用,其结构体系越来越新颖,形式越来越复杂、规模越来越大,已成为当代建筑结构中最重要和最活跃的领域之一。空间钢结构的迅猛发展对施工技术提出了更高的要求。 本文首先回顾了空间钢结构的施工技术发展现状及国内外研究现状,从施工力学理论出发,针对空间钢结构施工过程中存在的若干问题提出了分析方法和合理化建议: 研究了空间钢结构施工力学的理论基础,探讨了空间杆系单元的大变形有限元分析列式,分析了生死单元技术和施工多阶段分析理论两种实用分析方法的原理,各自的优缺点、适用性及改进方法,结合一些常用施工方法指出了两种实用分析方法存在的问题。 提出了预应力空间钢结构的施工张拉控制的温度补偿方法。基于控制索原长的分析原理,研究了温度变化对杆系单元的影响,提出了考虑温差影响的索张拉控制修正过程,并研究了预应力柱面网壳索、弦支穹顶、索网张力结构等三类典型预应力空间钢结构在施工张拉过程中的温度效应特性。 针对第二类预应力空间钢结构施工过程各批次索张拉之间存在显著的相互影响,本文提出了一种“平稳”指标,研究了主动张拉索的放样长度对施工张拉过程的影响。采用改进的遗传算法研究两类预应力空间钢结构施工过程中的索分批顺序优化问题,以实数编码方式作为遗传算法的编码格式,利用了目标函数中的罚函数项控制每批次拉索的数量。 考虑了吊装结构体系的平衡方程和缆索的变形协调方程,通过一种半解析方法解决了三类情形下的吊装结构体系平衡态确定问题:1)在采用在一台吊机吊装时,处于某种特定的姿势的平衡态确定问题;2)在采用在一台吊机吊装时,缆绳的长度固定时结构的平衡状态的确定;3)在采用在一台吊机吊装时,吊装结构体系平衡态确定。 基于遗传算法,以结构的总应变能作为优化目标函数,基于改进的遗传算法,提出了一种用于确定空间钢结构临时支撑体系布置方案的优化算法。算法对于规则的搜索区域,以连续的空间位置作为遗传算法的搜索变量;对于不规则的搜索区域,以离散的空间节点作为搜索变量。在进化过程中采用格雷编码作为染色体的编码方式,并提出了染色体长度的确定方法。


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