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大跨度张弦桁架形态优化及竖向抗震设计方法研究

熊伟  
【摘要】:大跨度张力结构,由于受力合理、刚度大、重量轻、制作安装方便,目前在我国得到了广泛的应用,例如张弦桁架(梁)结构。本文以广州国际会议展览中心的设计资料和预应力张拉施工时的检测数据为背景,分析了目前国内外张弦桁架(梁)的研究资料,总结了张弦桁架中预应力的作用;同时针对张弦桁架的特点,提出了适于张弦桁架的设计方法。将张弦桁架的形状设计(零放样状态)与结构刚度设计分成两步,既简化了张弦桁架形状设计参数,又能较好满足结构荷载态时的形态要求。对目前急需解决的张弦桁架的形态优化及竖向抗震设计方法进行了深入研究。 提出了张弦桁架的形态优化设计方法。首先采用结构离散法,将实际结构分为桁架、拉索、撑杆三部分子结构,每一子结构采用独立的优化模型;为了保证各子结构之间的协调,采用传递矩阵法来传递变形协调参数;由于优化时采用的是形状优化为主,故优化结果的实用性很重要,为了保证优化结果能按预期目标发展及满足实际需要,在优化时引入CAD辅助设计,强化了设计目标的可控性及可预见性;同时建立了张弦桁架的形态优化数学模型,并引入先进的优化算法,如遗传算法等。 建立了桁架子结构优化数学模型,推导了适于张弦桁架的桁架合理拱轴线形,通过对撑杆的研究,提出了多种撑杆设计方法,对桁架及撑杆的影响因素进行了深入分析。建立了张弦桁架拉索内力优化设计方法,推导了拉索工作内力简化计算公式,并对拉索内力影响因素进行了分析。对某实际张弦桁架结构采用形态优化设计方法进行优化设计,与原张弦桁架对比分析,验证了本文提出的优化方法的有效性。采用非线性分析方法研究了预应力与几何大变形的影响,并进行了结构极限承载能力和稳定性研究。 对大跨度张弦桁架的自振频率、振型及影响因素进行了分析。对60米、80米、100米、125米、150米跨度模型采用振形分解反应谱法和时程分析方法进行分析,得到了张弦桁架在小震、大震作用下结构最大动内力系数与动内力分布规律,不同地震波作用下结构响应差别,反应谱法结果与时程法结果差别,跨度对地震响应的影响,挠度变化规律,对拉索是否会松弛的影响等。给出了地震作用下的张


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