預應力索拱結構的優(yōu)化設計.pdf

1、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理論研究，為預應力索

2、拱結構的工程實踐提供理論依據，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建立了相應的優(yōu)化模型。對截面尺寸和索力這兩種性質不同的設計變量，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建立了數學規(guī)劃模型；對

3、截面尺寸的優(yōu)化采用浮動應力指數法。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值上和性質上的不統(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