又向張弦梁結構的形態(tài)優(yōu)化及靜動力特性研究.pdf

1、雙向張弦梁結構是由雙向上弦剛性梁、雙向下弦拉索和撐桿構成的一類結構效率較高的空間預應力雜交結構體系。它具有內力自平衡且便于內力分布和剛度的調整等優(yōu)點，同時結構形式豐富多樣、施工便利、用材經(jīng)濟，在各類公共建筑中有著日益廣泛的應用和廣闊的發(fā)展空間。國內對雙向張弦梁結構的研究尚處在起步階段，落后于實際工程的應用，因此有必要對其展開進一步的深入研究。本文以某購物中心雙向張弦梁屋蓋為背景，對雙向張弦梁結構體系的形狀優(yōu)化、靜動力性能、結構設計等諸多

2、方面進行了系統(tǒng)的理論分析和試驗研究。
　　本文首先從實際工程設計角度，分別按上部剛性梁體系、下部索桿體系以及結構加載方案的不同對雙向張弦梁結構形式進行了分類；詳細闡述了雙向張弦梁結構預應力分析和靜力分析的解析計算方法與有限元計算方法，并對有限元結構中各構件單元的模擬方法和拉索預應力的引入進行了介紹。
　　基于由平衡荷載對雙向張弦梁結構下弦拉索進行找形的思想，分別進行了雙向張弦梁結構索形優(yōu)化的數(shù)學解析方法和有限元數(shù)值方法的推導

3、，并將優(yōu)化得到的索網(wǎng)形狀與以往常用的拋物面、圓弧面、懸鏈面等進行了對比分析，提出了雙向張弦梁的一個關鍵荷載態(tài)--“平衡荷載態(tài)”的概念，明確給出了雙向張弦梁結構平衡荷載的確定方法。
　　鑒于雙向張弦梁結構的剛度較弱、構件復雜的特點，利用大型通用有限元軟件ANSYS的APDL，參數(shù)化設計語言編制了參數(shù)化用戶設計程序，利用非線性有限元方法，基于改進的逆迭代法，實現(xiàn)了雙向張弦梁結構的形狀優(yōu)化找形以及結構零狀態(tài)的預應力與幾何的聯(lián)合找形。

4、r>　　采用零階與一階相結合的優(yōu)化算法，以結構自重最小為優(yōu)化目標，提出了一種包括了結構形狀、拉索預應力和各桿件截面尺寸等不同性質參數(shù)的兩步三級雙向張弦梁結構優(yōu)化設計方法。第一步進行雙向張弦梁結構上弦梁系和下弦索網(wǎng)的形狀優(yōu)化以及初始預應力分布的優(yōu)化，第二步進行構件截面尺寸的優(yōu)化。其中第二步優(yōu)化分三級進行：第一級索截面的優(yōu)化；第二級上弦梁截面的優(yōu)化；第三級撐桿等次要構件截面的優(yōu)化。利用這種優(yōu)化方法，討論了結構高跨比、垂跨比、間跨比、兩向間距

5、比、長寬比以及平衡荷載值等參數(shù)對結構優(yōu)化結果的影響，為雙向張弦梁結構的設計提供了富有價值的參考結論。
　　完成了一個平面尺寸為6.0m×4.8m并經(jīng)過索網(wǎng)形狀優(yōu)化后的雙向張弦梁結構整體模型試驗。通過試驗模擬了結構預應力張拉施工成形的全過程，對張拉順序、結構靜力性能進行了考察，給出了雙向張弦梁結構的施工建議；通過動力特性試驗，驗證了理論分析的可靠性和雙向張弦梁結構的振型特點；通過使用階段靜力荷載試驗，深入探討了雙向張弦梁結構的受力特

6、點和變形特征。
　　本文對簡化后的某購物中心雙向張弦梁屋蓋進行了彈塑性承載力全過程分析。對雙向張弦梁結構的屈服機制、失效機制進行了研究，對結構各構件的重要性進行了探討和評價。分析了初始缺陷、荷載非對稱性、支座形式、撐桿高度、預應力大小等參數(shù)對雙向張弦梁結構極限承載力的影響特點和規(guī)律。
　　對考慮了上弦梁桿件損傷或下弦索破斷等各種失效情況的雙向張弦梁結構進行了關鍵構件失效分析，跟蹤了構件失效后結構的塑性發(fā)展過程和極限荷載因子，