圓及類橢圓形弦支穹頂形狀參數(shù)優(yōu)化設計研究.pdf

1、弦支穹頂下弦索桿體系的形態(tài)優(yōu)化，是進行形狀參數(shù)優(yōu)化的基礎?？梢詫⑺鳁U體系形態(tài)優(yōu)化理解為對上弦單層網(wǎng)殼受力狀態(tài)的一種主動調(diào)整，是改善上弦單層網(wǎng)殼受力性能的一種手段。下弦索桿體系形態(tài)的主要優(yōu)化變量為撐桿高度及各環(huán)索力的兩組比例關系，這些比例關系與上弦單層網(wǎng)殼的內(nèi)力分布間很難導出直觀量化的對應關系，使得下弦索桿體系形態(tài)優(yōu)化成為弦支穹頂研究中的難點問題。
　　本文從預應力對弦支穹項受力性能的主動控制入手，利用軸對稱特性，將圓形弦支穹頂簡化

2、為單榀結構，根據(jù)單榀結構中荷載與預應力的平衡關系，提出了弦支穹頂索桿形態(tài)優(yōu)化的等效荷載法，并給出完整的設計流程。通過算例分析研究了預應力等效荷載法的適用性及理想目標變形的設定等問題。以等效荷載法為基礎，對圓及類橢圓形弦支穹頂?shù)哪繕俗冃伪壤禂?shù)、剖切線形狀和矢跨比進行了形狀參數(shù)優(yōu)化。通過上述研究，主要結論如下:
　　(1)在弦支穹頂結構中，將下弦索桿體系對上弦單層網(wǎng)殼的豎向支承和水平約束作用等效為預應力荷載，提出了弦支穹頂索桿形態(tài)優(yōu)

3、化的等效荷載法，能夠實現(xiàn)對上弦單層網(wǎng)殼各節(jié)點水平及豎向變形的全面控制。
　　(2)等效荷載法優(yōu)化弦支穹頂索桿形態(tài)的基本流程為:先設定上部網(wǎng)殼荷載態(tài)的目標變形，根據(jù)目標變形通過有限元分析得到預應力需求的目標等效荷載，再根據(jù)目標等效荷載反算出索桿體系的撐桿高度和對應的索力，經(jīng)幾次迭代，即可完成對索桿形態(tài)的優(yōu)化。
　　(3)采用合理拱軸線的變形設定方法對索桿形態(tài)進行優(yōu)化后，弦支穹頂荷載態(tài)變形與設定的目標變形非常接近，上弦單層網(wǎng)殼處

4、于僅受壓不受彎的均勻圍壓狀態(tài)，且各環(huán)桿件軸力基本相同，優(yōu)化效果理想。
　　(4)預應力等效荷裁法直接應用于類橢圓形弦支穹頂?shù)男螒B(tài)優(yōu)化效果不夠理想。采用馬鞍形布索的方法進行改進后，優(yōu)化效果明顯改善，可以推廣應用于類橢圓弦支穹頂?shù)乃鳁U形態(tài)優(yōu)化。
　　(5)目標變形比例系數(shù)是目標變形與單位變形的比值，根據(jù)變形比例系數(shù)與網(wǎng)殼平均內(nèi)力的單調(diào)關系，當變形比例系數(shù)最優(yōu)時，對應的最大撐桿高度接近建筑允許的最大值，此時網(wǎng)殼的平均內(nèi)力最小。

5、r>　　(6)采用參數(shù)化的四次曲線對上弦單層網(wǎng)殼剖切線形狀進行優(yōu)化，結果表明:圓形弦支穹頂?shù)淖顑?yōu)四次曲線參數(shù)范圍為0.75≤λ≤0.80，類橢圓弦支穹項的最優(yōu)四次曲線參數(shù)范圍為0.75≤λ≤0.77;因圓弧、懸鏈線、拋物線等曲線均包括在最優(yōu)范圍內(nèi)，可知預應力等效荷載法對于這些工程中常用的形狀均可得到比較理想的優(yōu)化效果。
　　(7)采用等效荷載法對弦支穹頂矢跨比進行參數(shù)優(yōu)化，結果表明:矢跨比過大或過小均會導致弦支穹頂內(nèi)力和材料用量的