新型索拱結構力學性能分析及優(yōu)化設計(1)

1、山東建筑大學碩士學位論文題目薪型索拱結構力學性能分析及優(yōu)化設計中國博士后科學基金(2014M551768)山東省墻材革新與建筑節(jié)能科研開發(fā)項目山東建筑大學校內(nèi)博士基金(XNBSl208)計：學位論文69頁表格17個插圖69幅評閱人：指導教師：學院院長：學位論文完成日期：薹山東建筑大學碩士學位論文摘要索拱結構是索與拱雜交面形成的一種新的結構形式。這種結構通過純拱、拉索與撐桿的合理組合，利用索的拉力或撐桿提供的支承作用以改善結構的內(nèi)力分布并

2、限制其變形的發(fā)展，從而有效的提高結構的剛度和穩(wěn)定性。本文研究對象為一種新型索拱結構，對其結構分類及力學性能、優(yōu)化設計和參數(shù)分析進行了研究。首先根據(jù)拉索和撐桿連接節(jié)點的形式將該新型索拱結構分為三類：滑動索節(jié)點式、固定索節(jié)點式(也即分段索式)和張拉后固定索節(jié)點式。對這二類索拱結構的基本力學性能進行了研究。研究過程中提出了一種新的滑動索計算方法一等效滑輪法，并通過算例對其有效性進行了驗證。研究結果表明，滑動索節(jié)點不適合于本索拱結構，固定索節(jié)點

3、和張拉后固定索節(jié)點均可應用于本索拱結構，前者力學性能上更優(yōu)，后者施工張拉更方便。提出廠基于ANSYS多荷載步求解技術與優(yōu)化設計模塊相結合的優(yōu)化方法，分別針對該固定索節(jié)點式新型索拱結構拉索預應力優(yōu)化以及拉索預應力和截面尺寸共同優(yōu)化問題，確立了優(yōu)化目標、沒計變量和狀態(tài)變量，建立了優(yōu)化數(shù)學模型，考慮多荷載組合對其進行了優(yōu)化。利用ANSYS軟件APDL編程語言編制了相應的優(yōu)化程序，對于解決上程實際問題具有一一定的幫助。對該固定索節(jié)點式新型索拱結

4、構進行了參數(shù)分析，研究了下部支承水平剛度、撐桿數(shù)量、拱和索的矢跨比、鋼拱截面、索截面及預應力大小對結構強度、剛度和整體穩(wěn)定性的影響，研究表明：該索拱結構在兩端鉸支時應力水平最低，結構的整體剛度最大；一定數(shù)量的撐桿是保證拉索調整鋼拱內(nèi)力分布，控制結構變形、提高整體穩(wěn)定性的重要前提，但數(shù)量不宜過多；拱的矢跨比取o3左右時受力性能最優(yōu)：鋼拱截面大小對索拱結構力學性能影響較大：索截面的增加可以增加結構的剛度和穩(wěn)定性，但是當索截面達到一定值后效果