单层车辐式张拉结构的参数化分析与索力优化研究

发布时间：2017-09-29 20:22

  本文关键词：单层车辐式张拉结构的参数化分析与索力优化研究

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【摘要】：单层车辐式张拉结构属于自平衡体系,呈现小应变大位移的特点,结构外形呈马鞍形,结构轻盈美观、通透性好,适合建造大跨度体育场,该结构近期在科威特的贾比尔·艾哈迈德体育场首次得到应用。本文对该新型结构进行了详细研究,主要研究内容和取得的成果如下：(1)对单层车辐式张拉结构进行找形分析和荷载分析,深入分析了参数之间的内在关系,总结出估算内环索与径向索截面面积之比的公式,运用该公式可以很快实现找形收敛,解决了该类结构找形问题。分析了结构在不同荷载工况下的静力性能,研究了外环、次环索对结构的影响,并对结构进行整体模型分析。(2)深入探讨了矢跨比、垂跨比、内外环尺寸、外环水平投影的短长轴长度之比等参数对结构的影响,比较了单层车辐式张拉结构与双层车辐式张拉结构的不同受力特征,并进行了公式推导。(3)基于遗传算法对单层车辐式张拉结构的刚度、用钢量、应变能等不同目标进行优化研究,在MATLAB平台上调用ANSYS通用程序来实现优化过程,通过自编结构优化程序实现了单目标优化和多目标优化。在保证挠度和索力满足规范限值的前提下,进行了不同目标下的优化分析。(4)研究表明单层车辐式张拉结构存在的缺陷是挠度受外荷载影响较大,需要施加极大的预应力才能满足规范的挠度限值要求。本文对单层车辐式张拉结构方案进行了结构优化与调整,研究表明新方案(添加额外索)并不会提高用钢量,挠度更容易满足规范要求。
【关键词】：单层车辐式张拉结构 找形分析 荷载分析 参数化分析 多目标优化
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU399
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9
• 1.2 单层车辐式张拉结构9-11
• 1.3 研究现状11-14
• 1.3.1 找形分析11-12
• 1.3.2 静力分析12-13
• 1.3.3 工程应用13-14
• 1.4 论文研究内容及意义14-17
• 第二章 张拉结构分析基础理论17-23
• 2.1 概述17
• 2.2 找形分析方法17-21
• 2.2.1 非线性有限元法17-20
• 2.2.2 力密度法20
• 2.2.3 动力松弛法20-21
• 2.3 预应力张拉结构21
• 2.4 优化分析理论21-22
• 2.4.1 遗传算法概念21-22
• 2.4.2 优化过程22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 单层车辐式张拉结构的找形与荷载分析23-41
• 3.1 概述23
• 3.2 找形分析23-29
• 3.2.1 受力机理25
• 3.2.2 预应力选取25-28
• 3.2.3 索力分布28-29
• 3.2.4 自重对找形的影响29
• 3.3 荷载分析29-34
• 3.3.1 荷载取值30-31
• 3.3.2 风荷载分析31-33
• 3.3.3 荷载组合33-34
• 3.4 整体模型分析34-39
• 3.4.1 外环35-36
• 3.4.2 次环索36-38
• 3.4.3 整体分析38-39
• 3.5 模态分析39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第四章 单层车辐式张拉结构的参数化分析41-55
• 4.1 概述41
• 4.2 公式推导41-46
• 4.3 单层与双层对比46-48
• 4.4 几何参数对结构的影响48-52
• 4.4.1 垂跨比和矢跨比48-51
• 4.4.2 外环短轴与长轴之比51-52
• 4.4.3 内外环尺寸52
• 4.5 性能参数对结构的影响52-54
• 4.5.1 索截面面积52-53
• 4.5.2 预应力大小53-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第五章 单层车辐式张拉结构的优化研究55-69
• 5.1 概述55
• 5.2 索结构优化流程55-57
• 5.2.1 设计变量55
• 5.2.2 状态变量55
• 5.2.3 目标函数55-56
• 5.2.4 适应度函数56-57
• 5.3 建筑设计要求57-58
• 5.4 单目标优化58-63
• 5.4.1 单目标单参数优化58-63
• 5.4.2 单目标多参数优化63
• 5.5 多目标优化63-65
• 5.6 优化程序设计65-66
• 5.7 结构调整与优化66-67
• 5.8 本章小结67-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 总结69
• 6.2 展望69-71
• 参考文献71-75
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文75-77
• 致谢77

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本文编号：944057