大跨度張弦桁架形態(tài)優(yōu)化及豎向抗震設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、大跨度張力結(jié)構(gòu)，由于受力合理、剛度大、重量輕、制作安裝方便，目前在我國得到了廣泛的應(yīng)用，例如張弦桁架(梁)結(jié)構(gòu)。本文以廣州國際會(huì)議展覽中心的設(shè)計(jì)資料和預(yù)應(yīng)力張拉施工時(shí)的檢測(cè)數(shù)據(jù)為背景，分析了目前國內(nèi)外張弦桁架(梁)的研究資料，總結(jié)了張弦桁架中預(yù)應(yīng)力的作用；同時(shí)針對(duì)張弦桁架的特點(diǎn)，提出了適于張弦桁架的設(shè)計(jì)方法。將張弦桁架的形狀設(shè)計(jì)(零放樣狀態(tài))與結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)分成兩步，既簡化了張弦桁架形狀設(shè)計(jì)參數(shù)，又能較好滿足結(jié)構(gòu)荷載態(tài)時(shí)的形態(tài)要求。對(duì)目前

2、急需解決的張弦桁架的形態(tài)優(yōu)化及豎向抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入研究。 提出了張弦桁架的形態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。首先采用結(jié)構(gòu)離散法，將實(shí)際結(jié)構(gòu)分為桁架、拉索、撐桿三部分子結(jié)構(gòu)，每一子結(jié)構(gòu)采用獨(dú)立的優(yōu)化模型；為了保證各子結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)，采用傳遞矩陣法來傳遞變形協(xié)調(diào)參數(shù)；由于優(yōu)化時(shí)采用的是形狀優(yōu)化為主，故優(yōu)化結(jié)果的實(shí)用性很重要，為了保證優(yōu)化結(jié)果能按預(yù)期目標(biāo)發(fā)展及滿足實(shí)際需要，在優(yōu)化時(shí)引入CAD輔助設(shè)計(jì)，強(qiáng)化了設(shè)計(jì)目標(biāo)的可控性及可預(yù)見性；同時(shí)建立了

3、張弦桁架的形態(tài)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，并引入先進(jìn)的優(yōu)化算法，如遺傳算法等。 建立了桁架子結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了適于張弦桁架的桁架合理拱軸線形，通過對(duì)撐桿的研究，提出了多種撐桿設(shè)計(jì)方法，對(duì)桁架及撐桿的影響因素進(jìn)行了深入分析。建立了張弦桁架拉索內(nèi)力優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，推導(dǎo)了拉索工作內(nèi)力簡化計(jì)算公式，并對(duì)拉索內(nèi)力影響因素進(jìn)行了分析。對(duì)某實(shí)際張弦桁架結(jié)構(gòu)采用形態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，與原張弦桁架對(duì)比分析，驗(yàn)證了本文提出的優(yōu)化方法的有效性。采用非線

4、性分析方法研究了預(yù)應(yīng)力與幾何大變形的影響，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)極限承載能力和穩(wěn)定性研究。 對(duì)大跨度張弦桁架的自振頻率、振型及影響因素進(jìn)行了分析。對(duì)60米、80米、100米、125米、150米跨度模型采用振形分解反應(yīng)譜法和時(shí)程分析方法進(jìn)行分析，得到了張弦桁架在小震、大震作用下結(jié)構(gòu)最大動(dòng)內(nèi)力系數(shù)與動(dòng)內(nèi)力分布規(guī)律，不同地震波作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)差別，反應(yīng)譜法結(jié)果與時(shí)程法結(jié)果差別，跨度對(duì)地震響應(yīng)的影響，撓度變化規(guī)律，對(duì)拉索是否會(huì)松弛的影響等。給出了地

5、震作用下的張弦桁架動(dòng)內(nèi)力計(jì)算簡圖與有關(guān)參數(shù)。 通過對(duì)大量實(shí)際地震波輸入計(jì)算所得時(shí)程分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并與相應(yīng)反應(yīng)譜法結(jié)果對(duì)比，找出不同跨度張弦桁架的等效豎向地震荷載及動(dòng)內(nèi)力分布規(guī)律。與規(guī)范對(duì)照，采用兩階段設(shè)計(jì)法，對(duì)等效豎向地震荷載取值大小及分布，地震作用下動(dòng)內(nèi)力大小及分布進(jìn)行了研究，同時(shí)對(duì)不同場(chǎng)地條件下的等效豎向地震荷載大小進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，大跨度張弦桁架的等效豎向地震荷載的分布形式為三角形分布(跨中大，兩端小)，大小與