新型索拱結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)(1)

1、山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文題目薪型索拱結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)中國博士后科學(xué)基金(2014M551768)山東省墻材革新與建筑節(jié)能科研開發(fā)項(xiàng)目山東建筑大學(xué)校內(nèi)博士基金(XNBSl208)計(jì)：學(xué)位論文69頁表格17個(gè)插圖69幅評閱人：指導(dǎo)教師：學(xué)院院長：學(xué)位論文完成日期：薹山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要索拱結(jié)構(gòu)是索與拱雜交面形成的一種新的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)通過純拱、拉索與撐桿的合理組合，利用索的拉力或撐桿提供的支承作用以改善結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布并

2、限制其變形的發(fā)展，從而有效的提高結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性。本文研究對象為一種新型索拱結(jié)構(gòu)，對其結(jié)構(gòu)分類及力學(xué)性能、優(yōu)化設(shè)計(jì)和參數(shù)分析進(jìn)行了研究。首先根據(jù)拉索和撐桿連接節(jié)點(diǎn)的形式將該新型索拱結(jié)構(gòu)分為三類：滑動(dòng)索節(jié)點(diǎn)式、固定索節(jié)點(diǎn)式(也即分段索式)和張拉后固定索節(jié)點(diǎn)式。對這二類索拱結(jié)構(gòu)的基本力學(xué)性能進(jìn)行了研究。研究過程中提出了一種新的滑動(dòng)索計(jì)算方法一等效滑輪法，并通過算例對其有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。研究結(jié)果表明，滑動(dòng)索節(jié)點(diǎn)不適合于本索拱結(jié)構(gòu)，固定索節(jié)點(diǎn)

3、和張拉后固定索節(jié)點(diǎn)均可應(yīng)用于本索拱結(jié)構(gòu)，前者力學(xué)性能上更優(yōu)，后者施工張拉更方便。提出廠基于ANSYS多荷載步求解技術(shù)與優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊相結(jié)合的優(yōu)化方法，分別針對該固定索節(jié)點(diǎn)式新型索拱結(jié)構(gòu)拉索預(yù)應(yīng)力優(yōu)化以及拉索預(yù)應(yīng)力和截面尺寸共同優(yōu)化問題，確立了優(yōu)化目標(biāo)、沒計(jì)變量和狀態(tài)變量，建立了優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，考慮多荷載組合對其進(jìn)行了優(yōu)化。利用ANSYS軟件APDL編程語言編制了相應(yīng)的優(yōu)化程序，對于解決上程實(shí)際問題具有一一定的幫助。對該固定索節(jié)點(diǎn)式新型索拱結(jié)

4、構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)分析，研究了下部支承水平剛度、撐桿數(shù)量、拱和索的矢跨比、鋼拱截面、索截面及預(yù)應(yīng)力大小對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和整體穩(wěn)定性的影響，研究表明：該索拱結(jié)構(gòu)在兩端鉸支時(shí)應(yīng)力水平最低，結(jié)構(gòu)的整體剛度最大；一定數(shù)量的撐桿是保證拉索調(diào)整鋼拱內(nèi)力分布，控制結(jié)構(gòu)變形、提高整體穩(wěn)定性的重要前提，但數(shù)量不宜過多；拱的矢跨比取o3左右時(shí)受力性能最優(yōu)：鋼拱截面大小對索拱結(jié)構(gòu)力學(xué)性能影響較大：索截面的增加可以增加結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性，但是當(dāng)索截面達(dá)到一定值后效果