鋼桁架拱結(jié)構(gòu)的截面優(yōu)化與程序.pdf

1、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的在于尋求既安全又經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。優(yōu)化設(shè)計(jì)能合理的利用材料性能，使結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，并能滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定和幾何構(gòu)造等各個約束條件。實(shí)踐證明，結(jié)構(gòu)優(yōu)化能夠縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和水平，有著顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本文對下承式鋼桁架拱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了截面優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體應(yīng)用滿應(yīng)力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和滿位移設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，合理確定了結(jié)構(gòu)的桿件橫截面面積，使結(jié)構(gòu)在能承受給定荷載并滿足多種約束條件的情況下，最大限度地降低結(jié)構(gòu)的重量，尋求結(jié)

2、構(gòu)設(shè)計(jì)條件所允許的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。 目前，相關(guān)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算程序大多是Basic或Fortran語言編寫的，本文通過有限元分析方法，用C語言編寫并調(diào)試了鋼桁架拱結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算程序，然后應(yīng)用Matlab、AutoCAD等軟件，作出相應(yīng)的變化曲線，以便于分析在鋼桁架拱結(jié)構(gòu)的矢跨比不斷變化時，內(nèi)力、支座反力以及結(jié)構(gòu)造價的變化趨勢。 本文主要采用滿應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)和滿位移優(yōu)化設(shè)計(jì)兩種方法，在滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定、位移等約束的基礎(chǔ)上，編寫和調(diào)

3、試了相應(yīng)的截面優(yōu)化程序，對鋼桁架拱結(jié)構(gòu)進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計(jì)，算出每一桿件的最優(yōu)橫截面面積。 本文經(jīng)分析研究，在同一荷載工況作用下，鋼桁架拱結(jié)構(gòu)的跨度不變，矢高不斷增大——即矢跨比變大時，結(jié)構(gòu)中桿件的最大壓力、平均拉力、平均壓力、平均軸力、支座水平反力、結(jié)構(gòu)重量(工程造價)等呈現(xiàn)逐漸變小趨勢；桿件的最大拉力、支座豎向反力等保持不變。通過算例分析，在受同樣的荷載工況作用時，矢跨比在1/4到1/9的范圍時，鋼桁架拱結(jié)構(gòu)經(jīng)過截面優(yōu)化后的桿件

4、橫截面面積相對較小，且結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)也較好。當(dāng)結(jié)構(gòu)跨度、節(jié)間長度以及所受荷載工況較小時，經(jīng)過滿應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)得到的桿件橫截面面積，在充分發(fā)揮材料性能，滿足強(qiáng)度約束條件、穩(wěn)定約束條件和幾何構(gòu)造約束的基礎(chǔ)上，同時也滿足了結(jié)構(gòu)的剛度要求；當(dāng)結(jié)構(gòu)跨度、節(jié)間長度以及所受荷載工況較大時，經(jīng)過滿應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)的桁架拱結(jié)構(gòu)的剛度一般不能滿足要求，還需要進(jìn)行滿位移優(yōu)化，進(jìn)一步調(diào)整桿件的橫截面面積。 本文編寫的鋼桁架拱結(jié)構(gòu)截面優(yōu)化程序，對鋼桁架拱結(jié)構(gòu)的