网格及弦支网格结构的鲁棒性理论与试验研究

发布时间：2018-01-13 18:36

  本文关键词：网格及弦支网格结构的鲁棒性理论与试验研究　出处：《浙江大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：网格结构与弦支网格结构是空间结构的主要形式,常被作为城市的标志性建筑。由于目前设计中较少考虑不确定性干扰的影响,尚需通过提高鲁棒性来抵抗不相称破坏。现有研究中,没有明确区分工作状态下和极限状态下的结构鲁棒性,缺乏相应的定量评价方式和有效的鲁棒设计方法,且弦支体系的布索方式多在经验布置的基础上进行微调,不具有普适性。有必要对网格结构、弦支网格结构进行鲁棒性研究,从拓扑优化层次改善结构的性能,同时还通过合理的布索理论,使得传力路径更为直接。本文从结构的鲁棒性定量评价指标、多工况下网格结构的鲁棒设计、弦支网格结构的鲁棒设计、弦支网格结构的布索理论、结构模型试验等方面开展研究：对线性和非线性结构体系,基于系统传递函数的H2范数、H∞范数,定义结构鲁棒性能、鲁棒稳定性的定量评价指标IR1、IR2,衡量在结构在工作状态、极限状态下的鲁棒性。对大爆炸算法进行改进,加速算法收敛速度。提出基于H2/H∞风理论的结构鲁棒性评价方法,对比分析评价指标的性质、物理意义。通过算例,阐述结构鲁棒性能、鲁棒稳定性与应变能、结构屈曲之间的关系,分析承载力(构件截面、约束条件、刚度分布)、意外损伤、关键构件等因素对鲁棒性能与鲁棒稳定性的影响。以结构鲁棒性能为优化目标、鲁棒稳定性为约束条件,通过考虑多种荷载工况下的连续体拓扑优化,搜索鲁棒性能最佳的结构刚度分布形式,为主要杆件的布置提供参考,实现多工况下网格结构的鲁棒设计,并通过算例加以验证。通过初应变的施加引入初始预应力,提出鲁棒构型与初始预应力的联合优化方法,实现对弦支网格结构的鲁棒设计。探讨荷载分布、初始预应力、竖杆等因素对结构鲁棒构型的影响,并通过算例验证弦支结构鲁棒构型的合理性。基于鲁棒设计给出弦支结构上部网壳的鲁棒构型,通过Hough变换提取布索位置曲线,并优化索端点位置,通过结构的布索理论优化出合理的布索方案。以弦支双曲网壳结构、弦支心形曲面网格结构为例,进行布索方案设计,为实际工程中的结构布索提供有效途径。通过对弦支柱面网壳、弦支球面网壳的布索设计,验证张弦梁、弦支穹顶结构布索方案的合理性。分别按照鲁棒设计和常规设计制作两个双曲网壳结构模型,通过模拟动力冲击和静力超载两种干扰场景,观测结构的位移响应和失效场景,对比两个模型的鲁棒性能、鲁棒稳定性,验证基于鲁棒构型设计的弦支结构,具有更好的鲁棒性。
[Abstract]:Grid structure and chord-supported grid structure are the main forms of spatial structure and are often used as the iconic buildings of the city. In the present research, there is no clear distinction between the structure robustness under the working state and the limit state, the corresponding quantitative evaluation method and the effective robust design method are lacking. The cable arrangement of chord branch system is mostly fine-tuned on the basis of experience arrangement, which is not universal. It is necessary to study the robustness of grid structure and chord branch grid structure to improve the performance of the structure from the topology optimization level. At the same time, through the rational cabling theory, the force transfer path is more direct. In this paper, the robust evaluation index of the structure, the robust design of the grid structure under multiple working conditions and the robust design of the chord-supported grid structure are presented in this paper. The cabling theory of chord-supported grid structure and structural model test are studied. For linear and nonlinear structural systems, the H _ 2 norm and H _ 鈭，

本文编号：1420068