基于鲁棒性的索穹顶结构截面优化设计

针对索穹顶结构缺乏有效的基于鲁棒性能的截面优化设计理论现状,基于H∞范数极小控制方法,利用非线性系统运动方程构建输入变量到输出响应的系统传递函数,通过引入L2性能准则并结合随机理论建立索穹顶结构非线性鲁棒性定量评价指标IR,在此基础上,利用MATLAB和ANSYS软件交互算法给出基于遗传算法的截面优化设计的具体步骤,并...     

索穹顶结构截面和预应力优化设计

针对索穹顶结构的优化设计现状，并从适合索穹顶结构工程应用的角度出发，本首先对选定截面情况下的预应力优化和选定预应力情况下的截面优化两种情况分别作了研究，然后采用分层优化法较有效地解决了截面尺寸与预应力同时优化的问题，得出了一些有用结论。     

索穹顶结构体系创新研究

我国自2009年开始建有跨度20 m左右的索穹顶,至2016年已建成跨度超百米的索穹顶结构。但回顾国内外所建成的该类空间结构,均属于传统Fuller构想张拉整体类索穹顶。其上、下弦节点只有1根垂直于水平面的撑杆,形式比较单一,如肋环型索穹顶,上弦节点的环向水平刚度较差。为此,提出了Fuller构想单撑杆（不垂直于水平面）类索穹顶,有利于增加结构跨度。并进一步提出了非Fuller构想多撑杆（下弦节点可设置2根、3根、4根撑杆）类索穹顶。这不仅可改善结构传力性能,而且又能减少斜杆（斜索）和环索数量,方便施工张拉成形。若采用多种撑杆（包括单撑杆）且多种方式设置,当上弦选用径向布置时可归纳称之为肋环系列索穹顶,当上弦选用葵花布置时可归纳称之为葵花系列索穹顶。由肋环系列索穹顶和葵花系列索穹顶可构成多种组合形式索穹顶。研究丰富了索穹顶结构形式、体系和类型,为索穹顶的设计和选型提供了新思路、新空间。     

索穹顶结构的优化设计

索穹顶结构优化设计分为三个方面 :预应力优化设计、截面优化设计、形状优化设计。通过线性规划、齿形法及模态搜索法的联合应用 ,内力分析采用有限单元法 ,预应力优化设计采用线性规划法 ,截面优化设计采用齿形法 ,形状优化设计采用模式搜索法 ,编制了索穹顶结构优化的计算程序 ,将索穹顶结构优化设计的三个方面有机地结合在一起 ,进行了循环迭代求解     

索穹顶结构

本文首先分析了张力集成穹顶单元的几何形态，并基于此提出了索穹顶结构的几何及拓扑关系，介绍了几种穹顶结构的构成型式，归纳出了索穹顶结构的工作机理．     

索穹顶结构

本文在择要回顾素穹顶结构的发展过程和主要工程实践之后，论述了索穹顶结构的特点和工作机理以及分析、设计索穹顶结构的理论基础和方法。     

索穹顶结构模型试验研究

本文在进行了几何非线性有限元分析计算的基础上,设计了索穹顶结构的试验模型,采用模型计算、模型测试的对比方案进行模型结构试验研究。内容包括受压杆件的稳定性设计、节点设计、钢索锚固、模型架设过程中钢索的张拉工艺及张拉顺序等。然后,分别在预张状态和加载状态下对模型的拉索张力、屋顶垂度进行了测试,并与计算结果作了对比分析。     

多整体自应力模态索穹顶结构优化设计

基于结构整体可行性和对称性、两次奇异值分解提出了一种求解各种索穹顶结构整体自应力模态的新方法。分析发现,Kiewitt型索穹顶结构具有多个独立的、但没能满足整体可行性要求的整体自应力模态。以初始应变能最小为预应力优化目标和重量最轻为截面优化目标进行了优化设计,获得了合理的初始预应力分布和截面大小。Kiewitt型索穹顶结构算例表明了预应力优化及截面优化模型的有效性和正确性。     

基于鲁棒性的索穹顶结构形状优化设计

针对索穹顶结构缺乏有效的鲁棒性分析方法及基于结构鲁棒性能的优化设计现状,首先构建该类结构鲁棒性评价方法,然后结合实际工程案例分析Geiger型、Levy型和Geiger-Levy组合型3类索穹顶结构鲁棒性随结构榀数、环索圈数及矢跨比等形状参数的影响.在此基础上,采用遗传算法,进一步探索基于结构整体鲁棒性能的结构形状优化...     

Levy体系索穹顶结构的静力性能分析

索穹顶结构是由索、杆及膜组成的新型预应力结构,应用在大跨度空间结构领域。利用大型有限元分析软件(Ansys),分析了结构参数(如环数、每环节点数、矢跨比等)的影响,对60m跨度Levy体系索穹顶结构的静力性能进行了研究。给出了一些合理的结构设计参数取值建议,为Levy体系索穹顶结构的设计以及工程实践提供参考。     

索穹顶结构的初始形状确定

本文对索穹项结构的初始态确定进行了问题分类。对于曲面几何和结构预应力分布均未定的情况，给出了采用动力松弛法确定结构初始态的方法。算例表明本文方法可成功应用于索穹顶结构的初始态确定。     

索穹顶结构关键施工技术研究

以直径71.2m索穹顶工程为对象,介绍了索穹顶施工技术的重点及难点问题,即拉索下料尺寸的控制、结构的安装方法、结构的张拉成型方法。在总结国外类似工程的施工经验基础上,首次提出了地面整体拼装、整体同步提升外脊索和外斜索的安装方法,减少了高空作业量,保证了施工安全。根据索穹顶结构为柔性结构且具有多个对称轴的特点,制定了分级分批张拉的施工方法,完成了对索穹顶结构的张拉施工,从监测数据看,施工完毕以后的位形和设计位形基本一致。     

肋环型索穹顶初始预应力分布的快速计算法

肋环型索穹顶是美国工程师Geigcr根据Fuller的张拉整体结构思想开发的一种新型预张力结构，并最早应用在汉城奥运会的体操馆和击剑馆。考虑到该结构是一种轴对称结构，本文提出了确定初始预应力分布的快速计算法．该法从平面径向桁架节点平衡关系入手，推导了不设和设有内拉环的肋环型索穹顶预应力杆内力一般性的计算公式。对特定参数的索穹顶结构还给出了内力计算用表。通过本文提供的分析方法、计算公式和内力计算用表，可方便快速地确定肋环型索穹顶结构的初始预应力分布，为该类结构的进一步设计和力学性能分析提供基础。     

索穹顶结构施工控制反分析

索穹顶结构是本世纪八十年代美国工程师 Geiger运用 Fuller的张拉整体概念而开发的一种实用大跨空间结构体系,与传统结构分析不同的是索穹顶的成形分析是个关键。本文针对上述问题,提出了施工控制反分析法,从而确定各个阶段的理想施工状态参数 (包括索力和标高 ),此时结构不仅满足自平衡要求,且按此状态施工,可以达到理想的设计形态。这一方法力学概念清晰,计算简便,通过对一些典型索穹顶结构的施工控制模拟计算,证明其结果符合实际工程要求。     

索穹顶结构几何非线性静力计算程序实现与分析

针对索穹顶结构在施工过程中不可避免的会产生预应力分布差异的现象,提出合理的方法即几何非线性方法对索穹顶结构进行静力分析,并编制相应的计算程序,判断索穹顶结构在正常使用状态下结构是否有效.此程序为施工预应力是否需要调试提供判别的依据.     

劲柔索张拉穹顶结构施工仿真分析

阐述了鞍山体育中心训练馆工程采用我国自主知识产权的劲柔索张拉穹顶结构施工方案,以及施工全过程张拉控制值的确定。实践表明,预应力的逐步施加是工程能否顺利实现的关键,针对这个问题,文中运用作者提出的适于该种结构形式的“改进的倒退分析方法”进行模拟施工全过程的力学跟踪分析,其计算结果不仅包括结构施工完毕的结构内力和节点位移,而且包括施工过程中在任意时刻所有构件的内力和节点变化,以便得到施工各阶段柔索施工张拉控制值,使结构达到最终理想成形状态。     

索穹顶结构两种施工成形方法的模拟与分析

结合国内外已有的索穹顶结构施工张拉成形方法及相关研究成果,以一跨度为100m的索穹顶结构为例,提出了两种结构施工成形方法:中心设置固定塔架仅张拉外圈斜索成形法、中心设置提升塔架索杆原长累计安装成形法,并采用动力松弛法对两种施工成形方法进行了施工成形全过程模拟与分析,重点分析了固定塔架标高与提升高度对结构成形过程中构件内力与位形的影响,为实际工程的张拉施工提供理论依据和技术支持.     

刚性网格索穹顶结构的模型试验研究

通过对一直径6m的刚性网格索穹顶结构试验模型进行预应力张拉成形、竖向对称加载与非对称加载试验,研究该结构模型在静载下的力学性能。应用非线性有限元数值计算方法建立刚性网格索穹顶结构的计算模型,对结构的静力学性能进行理论计算与分析,并与试验结果进行比较。结果表明:在各加载阶段,试验模型节点竖向位移实测值与理论计算结果较接近,拉索索力实测值与计算结果吻合较好,证明模型设计和试验方法合理,理论计算方法正确。     

张拉整体索穹顶结构成型方法的试验研究

介绍了国外已经建成的2个索穹顶结构的成型方法,并总结了它们的共同点及成功之处;然后参考国外成熟工法对1个对边间距为5m的索穹顶结构模型进行了安装试验;最后采用4种方法对模型进行了张拉刚化试验,并对这些方法的效率及优缺点进行了总结。     

多桅杆大跨斜拉结构的拉索设计方法

近10年来多桅杆大跨斜拉结构作为一种典型的半刚性结构体系应用日益广泛,作为关键构件的拉索体系提供了钢结构屋盖的主要竖向刚度,因此拉索的合理设计直接关系到整个结构体系的安全可靠性。首先把基于MIDAS未知荷载系数法引入结构设计,快速确定了初步索力值,并给出了考虑荷载长、短期效应及拉索动力性能的多桅杆斜拉结构索力控制的原则,通过进一步优化计算最终确定了合理的索力值,然后结合本文给出的设计公式,确定了拉索的规格,提出的拉索设计方法在洛阳体育场钢结构设计中得到成功应用,可为类似工程提供有益的参考。