预应力索-桁架结构拓扑优化设计

对包括索力值、构件截面尺寸和结构拓扑的预应力索-桁架结构优化设计进行研究.以应力为约束条件,建立以结构质量为目标函数的数学模型.在求解方法上,首先建立求解索力值和构件截面尺寸的线性规划模型;证明了在每个迭代步中,该模型的最优解至少使得1个构件截面尺寸为零,并通过删除零力杆实现结构的拓扑优化设计.算例结果与相应体系理论相吻合,表明本文所提出的方法有效,可为预应力索-桁架结构提供合理的布局.     

预应力索-桁架结构布索位置优化设计

对于预应力索承桁架索力值、构件截面尺寸、布索位置进行优化设计.通过满应力设计确定索力值和截面尺寸以减轻结构重量,通过逐步移动索节点位置以增加结构刚度.算例表明,该方法能使结构重量逐步减轻,结构刚度不减,布索位置逐步达到最优.     

基于Von Mises应力的预应力钢结构拓扑优化设计

为预应力钢结构设计获得最优拓扑构型和索力值,以结构拓扑和索力值为设计变量,以Von Mises应力为约束条件,建立了以结构质量最小为目标函数的数学优化模型.在求解方法上,首先以结构储存应变能最小(刚度最大)确定施加在结构上的索力值,然后采用渐进结构优化法删除低Von Mises应力单元实现结构的拓扑优化以减轻结构质量.算例结果与相应体系受力性能相吻合.     

预应力索-桁架结构节点位移控制技术研究

对于预应力索-桁架结构,研究预应力索力值的大小和构件截面尺寸对结构节点位移的影响.首先施加适当预应力,使得结构某些节点位移为零.然后,计算构件截面尺寸对节点位移的灵敏度,通过改变截面尺寸,调整较大节点位移,依次循环往复,以实现结构主要节点位移趋于零的理想状态.     

基于复形法的钢框架结构多目标多层次优化设计

以钢框架结构为研究对象,在钢框架设计理论及结构优化理论的基础上,以惯性矩为设计变量,构建反映结构抗震性能的总应变能最大化和反映结构造价的总用钢量最小化的多目标优化函数,通过改变加权系数调整结构应变能和结构用钢量在优化中的重要性程度,基于复形法思想借助Matlab编程进行结构层次优化设计,得到不同加权系数下优化后的结构应变能和结构用钢量。在此基础上,将构件惯性矩作为定值,以构件截面参数为设计变量,借助Lingo优化软件对钢结构构件进行优化设计,得到最优截面参数。与传统设计结果相比,优化后的结果不仅降低了结构用钢量,结构性能也得到了提升。     

基于索梁权矩阵的矮塔斜拉桥索力优化

针对预应力混凝土矮塔斜拉桥的特点,提出了基于索梁权矩阵的索力优化方法,该方法的思路是以主梁截面上下缘的正应力为控制条件,给出主梁截面恒载弯矩可行域和应力可行域,即将《公路桥规》中规定的设计强度值减去活载作用在主梁截面活载应力包络值,使其落在主梁截面应力可行域内.并提出单位荷载法,采用最小二乘法原理,以索梁权矩阵为优化目标,来解决优化索力和预应力优化配置问题,使主梁上下缘的正应力位于上述可行域内.采用TCL语言编程实现了这一方法并进行了实桥算例验证.研究表明,采用该法主梁截面的应力可落在可行域内,从而解决索力和预应力优化配置问题,能使主梁受力处于最优状态.     

基于结构优化的大跨张弦平面桁架经济性分析

以最小用钢量为目标函数,考虑应力、位移和稳定性等约束,采用二次优化法对大跨平面张弦桁架的截面面积和索力进行了优化设计,并建立了以最小造价为目标函数的优化模型,参考市面上各种钢管和钢绞线的报价,提出了考虑结构位移和稳定性约束条件下钢管直径、厚度的最优造价优化法.分别对大跨预应力张弦平面桁架和非预应力张弦平面桁架进行优化,通过算例分析得出大跨预应力张弦平面桁架相对于非预应力张弦平面桁架经济上的优越性.     

复杂截面桥梁寿命期可靠性设计分步优化

针对传统复杂截面结构寿命期优化效率低及未考虑结构劣化效应的问题,将传统的直接以结构基本尺寸为优化变量的计算方案改为分3步优化:首先选取与截面造型无关的构件截面面积、抗弯惯矩、上下边缘距横截面中性轴的距离为中间变量,分别获得可靠度约束下的最优值,继而基于第一步优化结果,优化达到寿命期时所需的与构件造型有关的基本设计尺寸,最后考虑寿命期劣化效应的影响,逆向推算得结构初始设计尺寸。新型优化方案通过以构件共有的几何参数为中间变量,减少了复杂截面优化过程中直接以设计变量进行迭代的工作量,提高了优化效率及优化模式的适用性。寿命期劣化效应的考虑兼顾了优化模型的耐久性.效率。     

张弦梁结构张拉力确定方法研究

张弦梁结构属于预应力钢结构的一种,在进行拉索预应力导入过程中必须保证施工过程的安全性和完工时的受力状态满足设计要求.因此,必须对张拉索进行张拉过程的索力优化分析和研究,保证对整个施工过程的安全控制.以双向张弦梁为例对比了3种优化方法对张弦梁结构的适用性.经计算分析,得出了张力补偿法为适用于张弦结构张拉力确定的最优方法.结合鹤壁市体育馆预应力空间桁架钢屋盖结构,采用张力补偿法进行了该结构施工阶段分析,得出了高强钢索的内力发展变化规律,验证了张力补偿法在实际大型预应力空间钢结构中的适用性.     

高层钢框筒结构截面尺寸预估的新方法

高层钢框筒结构通常由水平荷载起控制作用,用轴压比和等效实膜筒法确定的截面尺寸较粗糙,需反复试算和调整,耗费大量人力与机时.针对这个问题,提出了高层钢框筒构件截面尺寸预估的新方法,综合考虑了强柱弱梁思想、结构受力特性和设计经验,并用2个算例验证了预估方法的有效性,同时对它们进行了倒三角分布、SRSS分布和高度等效分布侧向力模式下的Pushover分析和比较,讨论了考虑摇摆柱影响的放大系数简化计算和预估轴压比计算的可行性.该预估方法可较快预估出满足规范要求的构件尺寸,对不同抗震设防区的高层钢框筒结构的构件尺寸预估均适用,不过初始截面尺寸仍需进一步优化.该方法可供其他高层钢结构形式的构件尺寸预估参考.     

应变能约束下多随机参数连续体结构的拓扑优化

研究几何和物理参数均为随机变量的平面连续体结构在结构总应变能约束下的拓扑优化设计问题．以结构总质量均值最小化为目标函数,以结构的形状拓扑信息为设计变量,以结构总应变能概率可靠性指标为约束条件,构建了随机结构的拓扑优化设计数学模型．利用代数综合法,导出了应变能响应的均值和均方差的计算表达式．采用双方向渐进结构优化的求解策略．通过两个算例验证了本模型及求解策略的合理性和有效性．     

CFRP片材预应力锚具可靠性分析及预拉力控制方法

在已有曲线形夹具锚体系的力学模型和力学分析的基础上,通过理论分析的方法提出了CFRP片材最大预拉力控制、最大锚固长度和锚具体系可靠性的判断方法.结合加固工程算例分析,说明了CFRP片材预拉力值以及相应锚具尺寸和高强螺栓的确定方法,给出了工程加固基于锚具体系可靠性的计算参数和主要设计程序,并分析了预应力损失的有关因素,以及考虑预应力损失因素下,预拉力有效值的估算.     

预张力悬索桥及其静力学性能分析

为从理论上获得预张力悬索桥的力学特性,利用大位移不完全广义势能变分原理,建立了预张力悬索桥的一般基础微分方程.在进一步引入假设条件下,导出了基于古典挠度理论的平衡微分方程.通过对微分方程的解析,讨论了预张力悬索桥的静力学特性及其与普通悬索桥的区别.结合算例悬索桥的数值分析表明,预张力悬索桥由于抗风索的存在,以及结构中建立的预张力,在提高结构刚度、减小加劲梁弯矩等方面具有一定的优越性.     

基于改进粒子群算法的天线索网预应力优化

为了解决天线反射面索网张拉时预应力求解问题,利用索网结构空间几何特性对其进行简化处理,从整体中提取部分索段并加设相应的边界条件.在平衡矩阵法的基础上,采用与禁忌搜索法相结合的混合粒子群算法,将简化后结构由形找力的问题转化为数学上的约束优化问题,同时改进粒子群进化算法来解这一优化问题.采用该算法对三向网格形式的天线抛物面索网结构进行了预应力的优化确定,并将优化的预应力值作为初始力导入索网结构有限元模型中进行非线性有限元分析,索网结构的节点位移量和相应的物理模型型面测量的精度均方根为0.219 mm,验证了算法是可行和正确的. 关键词：     

一种环柱天线的索网结构设计与分析方法

为了解决环柱天线复杂索网结构的网面和预应力设计难题,根据环柱天线结构组成确定了环柱天线索网的几何构型。考虑到索网结构中索段数目即变量个数和种类较多,将索网结构分为前、后索网两部分分别进行预应力设计。根据前索网对称特性进行变量归并,采用力密度法计算前索网预应力分布,完成部分索网节点坐标修正。根据前索网预应力由节点力平衡方程获得其余索网预应力。利用有限元软件对设计结果进行验证,仿真结果显示,采用所述方法设计的网面具有较高的精度,索网结构设计方法是有效的。     

钢绞线偏轴应变测量方法及实验研究

研究用电阻应变方法测量预应力钢绞线的有效预拉应力。经过对预应力混凝土结构中预应力钢绞线的轴向应变和表面钢丝方向的（偏轴）应变分析,建立了钢绞线轴向应变和偏轴应变之间的转换关系,用实验验证了转换关系的正确性。需要测量预应力混凝土结构中钢绞线的有效预应力时,只需沿钢绞线表面钢丝轴线方向粘贴应变片,测出钢丝轴线方向应变,就可以很方便地转换为钢绞线轴向应变,求出其预拉应力和预拉力。     

基于应变能及应力的桥梁结构拓扑优化设计

桥梁结构一般受到恒载和活载的作用,在结构的拓扑优化过程中,必须考虑载荷的变化.导出了涉及桥梁结构恒载和活载的多载荷工况的应变能灵敏度公式,建立了考虑应力和应变能要求的多约束三维结构优化算法.     

基于地震均匀损伤的钢筋混凝土框架结构新型侧向力模式

结构在强震下形成均匀损伤状态时,各楼层的层间侧向变形近似相等、损伤大小相同,结构各部位的材料性能均得到充分发挥,易于形成整体化的屈服模式和耗能机制。基于优化准则法,考虑结构的整体损伤和局部损伤大小,构建了钢筋混凝土框架结构地震均匀损伤优化设计程序;基于非线性温克尔地基梁模型（BNWF）,建立了能够考虑土结构动力相互作用的钢筋混凝土框架结构分析模型。分别以5层和8层结构为例,对其进行均匀损伤优化设计和关键收敛参数分析,对比研究了优化前后结构配筋、梁柱转角和结构最大层间位移角的变化情况。基于两个均匀损伤优化设计结构的层剪力分布,以中国抗震规范的侧向力模式为基础,提出了新型抗震设计侧向力模式。