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《基于預應力索拱結構的優(yōu)化設計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、北京工業(yè)大學碩士學位論文預應力索拱結構的優(yōu)化設計姓名：魏文豪申請學位級別：碩士專業(yè)：結構工程指導教師：張愛林20070501摘要預應力索拱結構是一種新型雜交結構體系，它是一種剛柔相濟的混合結構形式，將剛性拱與柔性索有機地結合起來以共同抵抗外荷載的作用，既發(fā)揮了高強索的抗拉性能，又充分利用了拱的抗壓彎能力。因此具有受力合理、自重輕、承載力高等優(yōu)點，同時其建筑造型美觀大方，在大跨度結構中得到了廣泛的應用。對預應力索拱結構的截面尺寸、形狀和索力值進行全方面的優(yōu)化設計可以達到增加結構剛度、提高結構承載力、降低造價的目的，同時又可以豐富預應力索拱結構的
2、理論研究，為預應力索拱結構的工程實踐提供理論依據(jù)，從而促進此類結構的應用。本文主要研究了預應力索拱結構考慮索力值的截面尺寸優(yōu)化設計和索拓撲已知的結構形狀優(yōu)化設計。在截面優(yōu)化設計方面，考慮了強度、剛度、尺寸等約束條件，以結構重量最輕為目標函數(shù)建立了相應的優(yōu)化模型。對截面尺寸和索力這兩種性質(zhì)不同的設計變量，采用兩級優(yōu)化的方法處理，對索力的優(yōu)化以結構在荷載(包括自重)和預應力共同作用下結構各構件的應力平方和最小為目標函數(shù)建立了數(shù)學規(guī)劃模型；對截面尺寸的優(yōu)化采用浮動應力指數(shù)法。算例表明本文方法能有效地克服預應力和截面尺寸這兩類變量在數(shù)值上和性質(zhì)上的不
3、統(tǒng)一所造成的不易收斂問題，可以較快地收斂到滿意結果。這也是本文預應力索拱結構形狀優(yōu)化設計的基礎。在形狀優(yōu)化設計方面，在布索拓撲已知的情況下，給出了相應的優(yōu)化數(shù)學模型，設計變量包括截面尺寸、索預應力和節(jié)點坐標。采用分離變量空間的優(yōu)化方法，將索預應力和截面尺寸作為第一設計空間，采用截面尺寸優(yōu)化的方法進行優(yōu)化；將節(jié)點坐標作為第二設計空間，采用節(jié)點漸進法進行優(yōu)化。算例表明采用本文形狀優(yōu)化設計方法可以較快地收斂到滿意的結果，結構重量不斷降低而結構剛度不減，可以得到較優(yōu)的結構形狀。本文方法適合于線彈性、小變形、布索位置已知的預應力索拱結構或預應力索剛架結
4、構的優(yōu)化設計，可進行此類結構的考慮索力值的截面尺寸和形狀優(yōu)化設計。關鍵詞：預應力索拱結構；截面尺寸優(yōu)化；形狀優(yōu)化；浮動應力指數(shù)法；節(jié)點漸進法ABSTRACTThepre-stressedcable-archstructureisanewtypeofhybridstructuresystem．Itisakindofcompositestructures,withrigidarchandflexiblecableresistingloadstogether．Itnotonlydevelopsthehighlytensilepropertyofca
5、ble,butalsomakesfullU$eofanti-press-bandingpropertyofarch．Thereforeithasmanyadvantag錨suchasrationalstrength,lightdeadweight,highbearingcapacity,andreducingcost．Simultaneonslyitsarchitecturalshapeisbeauty,soitisbroadlyappliedinthelarge—spanstructures．Studingontheoptimaldesig
6、nofsectionsize,shapeandpre-stressofthepre-stressedcable-archstructure．c蛆aD】1鋤cetherigidity,increasethebearingcapacityandreducethecostofstructure．Anditcanalsoenrichthetheoreticalresearchofthepre-stressvdcable-arch$1a'ucture,andprovidetheoreticalfoundationfortheengineeringpra
7、ctice．ThusitCanpromotetheapplicationofthepre—stressedcable-archstructure．ThispapermainlystudiestheCROSSsectionalsizeoptimizationconsideringtheoptimaldesignofcablepre-stressandtheshapeoptimizationofthepre-stressedcable-archstructure謝也thefixedcabletopology．Inaspectofthecrosss
8、ectionalsizeoptimization,consideringconstraintsofintensity、rigidityanddimension,an
