大跨空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用研究.pdf

1、隨著土木工程結(jié)構(gòu)大型化、復(fù)雜化和多樣化的發(fā)展，結(jié)構(gòu)選形優(yōu)化設(shè)計顯得越來越重要。特別對于復(fù)雜形態(tài)大跨空間結(jié)構(gòu)，如何實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)美形體與合理受力的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，在概念設(shè)計階段完成受力與造型的完美優(yōu)化，成為如今工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)(Structural Morphology)作為研究結(jié)構(gòu)形狀與其受力性能之間關(guān)系的科學(xué)，為新形態(tài)大跨空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)并發(fā)展了逆吊法、改進(jìn)進(jìn)化論法、經(jīng)驗(yàn)法等選形優(yōu)化方法。逆吊法是一種基于力學(xué)平衡

2、原理的零彎矩結(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)建方法，曾在結(jié)構(gòu)選形方面發(fā)揮了重要作用，完成過很多大跨結(jié)構(gòu)的選形優(yōu)化設(shè)計。ESO方法是近年來提出的新優(yōu)化算法，在不影響結(jié)構(gòu)整體性的條件下，逐漸刪掉結(jié)構(gòu)中利用率不高的材料，最終得到一個最優(yōu)拓?fù)錁?gòu)形，這種優(yōu)化算法在大跨空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)化選形方面的應(yīng)用研究尚處于起步階段。本文以某大跨空間結(jié)構(gòu)為工程背景，結(jié)合結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)知識，應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法ESO方法對其進(jìn)行選形優(yōu)化，將選形優(yōu)化結(jié)果與逆吊法選形結(jié)果進(jìn)行對比，得出了對大跨空間

3、結(jié)構(gòu)選形有益的結(jié)論。
　　本文主要進(jìn)行了以下幾方面的研究工作:
　　(1)探討了大跨空間結(jié)構(gòu)選形優(yōu)化的國內(nèi)外研究概況，闡述了結(jié)構(gòu)形態(tài)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)涵與聯(lián)系。
　　(2)論述了逆吊法和ESO方法結(jié)構(gòu)選形優(yōu)化的理論基礎(chǔ)，通過對兩種選形方法的對比與總結(jié)，從理論層面上指出二者在大跨空間結(jié)構(gòu)選形優(yōu)化設(shè)計上的合理性。
　　(3)闡述了利用逆吊法和ESO方法對一工程實(shí)例進(jìn)行概念設(shè)計階段選形優(yōu)化分析的過程，以及優(yōu)化過程中一些

4、關(guān)鍵問題的討論，驗(yàn)證了ESO方法用于結(jié)構(gòu)選形的可行性和有效性。
　　(4)針對兩種方法的選形結(jié)果利用SAP2000軟件進(jìn)行靜力計算分析，通過對主體結(jié)構(gòu)變形、內(nèi)力及結(jié)構(gòu)材料利用率的對比與分析，說明了結(jié)構(gòu)選形優(yōu)化在概念設(shè)計階段的重要性和必要性。
　　(5)在靜力分析的基礎(chǔ)上，對兩種選形方案進(jìn)行了動力特性分析。主要包括模態(tài)分析和地震反應(yīng)譜分析。在模態(tài)分析中，通過對結(jié)構(gòu)前50階振型及頻率的分析，了解到大跨空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜的動力特性;在地