圓及類橢圓形弦支穹頂形狀參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、弦支穹頂下弦索桿體系的形態(tài)優(yōu)化，是進(jìn)行形狀參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)?？梢詫⑺鳁U體系形態(tài)優(yōu)化理解為對(duì)上弦單層網(wǎng)殼受力狀態(tài)的一種主動(dòng)調(diào)整，是改善上弦單層網(wǎng)殼受力性能的一種手段。下弦索桿體系形態(tài)的主要優(yōu)化變量為撐桿高度及各環(huán)索力的兩組比例關(guān)系，這些比例關(guān)系與上弦單層網(wǎng)殼的內(nèi)力分布間很難導(dǎo)出直觀量化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使得下弦索桿體系形態(tài)優(yōu)化成為弦支穹頂研究中的難點(diǎn)問題。
　　本文從預(yù)應(yīng)力對(duì)弦支穹項(xiàng)受力性能的主動(dòng)控制入手，利用軸對(duì)稱特性，將圓形弦支穹頂簡化

2、為單榀結(jié)構(gòu)，根據(jù)單榀結(jié)構(gòu)中荷載與預(yù)應(yīng)力的平衡關(guān)系，提出了弦支穹頂索桿形態(tài)優(yōu)化的等效荷載法，并給出完整的設(shè)計(jì)流程。通過算例分析研究了預(yù)應(yīng)力等效荷載法的適用性及理想目標(biāo)變形的設(shè)定等問題。以等效荷載法為基礎(chǔ)，對(duì)圓及類橢圓形弦支穹頂?shù)哪繕?biāo)變形比例系數(shù)、剖切線形狀和矢跨比進(jìn)行了形狀參數(shù)優(yōu)化。通過上述研究，主要結(jié)論如下:
　　(1)在弦支穹頂結(jié)構(gòu)中，將下弦索桿體系對(duì)上弦單層網(wǎng)殼的豎向支承和水平約束作用等效為預(yù)應(yīng)力荷載，提出了弦支穹頂索桿形態(tài)優(yōu)

3、化的等效荷載法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)上弦單層網(wǎng)殼各節(jié)點(diǎn)水平及豎向變形的全面控制。
　　(2)等效荷載法優(yōu)化弦支穹頂索桿形態(tài)的基本流程為:先設(shè)定上部網(wǎng)殼荷載態(tài)的目標(biāo)變形，根據(jù)目標(biāo)變形通過有限元分析得到預(yù)應(yīng)力需求的目標(biāo)等效荷載，再根據(jù)目標(biāo)等效荷載反算出索桿體系的撐桿高度和對(duì)應(yīng)的索力，經(jīng)幾次迭代，即可完成對(duì)索桿形態(tài)的優(yōu)化。
　　(3)采用合理拱軸線的變形設(shè)定方法對(duì)索桿形態(tài)進(jìn)行優(yōu)化后，弦支穹頂荷載態(tài)變形與設(shè)定的目標(biāo)變形非常接近，上弦單層網(wǎng)殼處

4、于僅受壓不受彎的均勻圍壓狀態(tài)，且各環(huán)桿件軸力基本相同，優(yōu)化效果理想。
　　(4)預(yù)應(yīng)力等效荷裁法直接應(yīng)用于類橢圓形弦支穹頂?shù)男螒B(tài)優(yōu)化效果不夠理想。采用馬鞍形布索的方法進(jìn)行改進(jìn)后，優(yōu)化效果明顯改善，可以推廣應(yīng)用于類橢圓弦支穹頂?shù)乃鳁U形態(tài)優(yōu)化。
　　(5)目標(biāo)變形比例系數(shù)是目標(biāo)變形與單位變形的比值，根據(jù)變形比例系數(shù)與網(wǎng)殼平均內(nèi)力的單調(diào)關(guān)系，當(dāng)變形比例系數(shù)最優(yōu)時(shí)，對(duì)應(yīng)的最大撐桿高度接近建筑允許的最大值，此時(shí)網(wǎng)殼的平均內(nèi)力最小。

5、r>　　(6)采用參數(shù)化的四次曲線對(duì)上弦單層網(wǎng)殼剖切線形狀進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明:圓形弦支穹頂?shù)淖顑?yōu)四次曲線參數(shù)范圍為0.75≤λ≤0.80，類橢圓弦支穹項(xiàng)的最優(yōu)四次曲線參數(shù)范圍為0.75≤λ≤0.77;因圓弧、懸鏈線、拋物線等曲線均包括在最優(yōu)范圍內(nèi)，可知預(yù)應(yīng)力等效荷載法對(duì)于這些工程中常用的形狀均可得到比較理想的優(yōu)化效果。
　　(7)采用等效荷載法對(duì)弦支穹頂矢跨比進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，結(jié)果表明:矢跨比過大或過小均會(huì)導(dǎo)致弦支穹頂內(nèi)力和材料用量的