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拉索预应力球面巨型网格结构的静力性能及其结构优化

作　者: 周佳伟
导　师: 贺拥军
学　校: 湖南大学
专　业: 结构工程
关键词: 预应力球面巨型网格结构静力性能施工张拉三级优化法布索育式几何非线性
分类号: TU399
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 42次
引　用: 1次
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内容摘要

拉索预应力球面巨型网格结构是一种在球面巨型网格结构中通过布置拉索施加预应力的新型空间结构,它在理论上具有良好的力学性能、节约钢材、适合向大跨发展等诸多优点,但是国内外对该结构的研究相对比较匮乏。本文分别从拉索张拉施工、优化分析、优化后结构的基本静力性能等方面对拉索预应力球面巨型网格结构进行了比较深入研究,主要包括以下内容：首先,依据在分批次张拉过程中拉索张力会随结构的变形而变化,以及后批张拉索会对前批张拉索产生影响,提出一种在分批次施工张拉过程中拉索张力的迭代计算方法,以求解每根拉索在分批次张拉过程中应该产生的初始应变,利用计算结果可使每根拉索张拉一次后实际存在的张力值与目标张力值相等或者足够接近,而无需反复调整。并通过算例验证该方法的有效性和可行性。然后,针对拉索预应力球面巨型网格结构的静力性能优化问题,提出对拉索预应力、立体桁架梁高度、杆件截面的三级优化法。对各变量分别采用不同的目标和方法进行逐级优化。对杆件截面优化时以结构自重为目标函数并采用满应力法；立体桁架梁高度通过结构内力峰值和挠度比两项指标予以确定；优化拉索预应力时,采用结构杆件内力的平方和最小为目标函数建立数学模型,运用影响矩阵线性优化法和复形法求解。本文对一个180米跨度的结构,提出了五种不同布索方案进行优化分析,并根据分析结果,选择最优的布索方式。最后,先分析拉索预应力球面巨型网格结构主体结构和底部子结构大部分杆件的内力分布情况。随后以参数分析的形式研究主体结构矢跨比和跨度、子结构高度、大网格尺寸及预应力对结构主要受力杆件内力、最大节点位移、支座反力、平均用钢量、挠度降低系数的影响。并得出上述静力性能随结构几何参数变化而变化的规律；和在不同矢跨比下,针对挠度降低系数的预应力最佳取值范围。同时对各参数的取值给出了参考建议。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 预应力网壳结构的发展概况与工程应用  10-12
  1.2 预应力网壳结构的研究现状  12-14
  1.3 拉索预应力网壳结构的特点  14-15
  1.4 本课题的研究现状  15-17
    1.4.1 拉索施工分析方法研究现状  15
    1.4.2 优化方法研究现状  15-16
    1.4.3 拉索预应力球面巨型网格结构研究现状  16-17
  1.5 本文研究的主要内容  17-18
第2章预应力网壳的基本理论及本课题的计算模型  18-30
  2.1 预应力的实现方式及过程分析  18-20
  2.2 在初始应变单元法中预应力的实现  20-22
  2.3 网壳结构的布索方案  22-23
    2.3.1 周边环向分段布索  22-23
    2.3.2 中部径向布索  23
  2.4 拉索预应力网壳结构的有限元分析法  23-28
    2.4.1 空间铰两节点直线杆单元的切线刚度矩阵  23-27
    2.4.2 空间两节点直线索单元切线刚度矩阵  27
    2.4.3 非线性平衡方程  27-28
  2.5 本课题的计算模型  28-29
  2.6 小结  29-30
第3章拉索预应力球面巨型网格结构在张拉施工中拉索张力计算方法  30-41
  3.1 结构的拉索预应力施加方案选择  30-31
    3.1.1 单次预应力  30
    3.1.2 多次预应力  30-31
  3.2 施工过程中拉索初始张力的计算方法  31-35
    3.2.1 计算方法的基本思路  31-33
    3.2.2 基于ANSYS二次开发的计算方法编程实现  33-35
  3.3 在张拉施工过程中拉索初始张力的计算及其结果分析  35-40
    3.3.1 在张拉施工过程中拉索初始张力的计算  35-39
    3.3.2 计算结果分析  39-40
  3.4 小结  40-41
第4章拉索预应力球面巨型网格结构三级优化分析  41-50
  4.1 拉索预应力球面巨型网格结构三级优化法  41-45
    4.1.1 三级优化法的思路  41-42
    4.1.2 三级优化法的主要步骤  42-45
  4.2 结构优化分析  45-49
    4.2.1 拉索初始应变优化及最佳布索方式选择  47-48
    4.2.2 立体桁架梁高度优化  48
    4.2.3 杆件截面优化  48-49
  4.3 小结  49-50
第5章拉索预应力球面巨型网格结构静力性能分析  50-64
  5.1 计算分析方法  50
  5.2 结构基本静力性能  50-54
    5.2.1 主体结构的基本静力性能  51-53
    5.2.2 子结构的基本静力性能  53-54
  5.3 参数分析  54-62
    5.3.1 主体结构矢跨比的影响  55-56
    5.3.2 主体结构跨度的影响  56-58
    5.3.3 子结构高度的影响  58-59
    5.3.4 大网格尺寸的影响  59-60
    5.3.5 预应力和主体结构矢跨比共同变化下的影响  60-62
  5.4 小结  62-64
结论  64-66
参考文献  66-71
致谢  71-72
附录A (攻读学位期间所发表的学术论文)  72

拉索预应力球面巨型网格结构的静力性能及其结构优化

内容摘要

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