樹狀結(jié)構(gòu)找形優(yōu)化分析及結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、樹狀結(jié)構(gòu)力流明確,傳力合理,造型優(yōu)美,是一種集造型仿生和結(jié)構(gòu)仿生為一體的仿生結(jié)構(gòu),可應(yīng)用于大型游樂場所、文化場館、機(jī)場建筑和候車站臺等結(jié)構(gòu)工程中。隨著樹狀結(jié)構(gòu)的不斷應(yīng)用和研究的逐漸深入,在分析理論方面還有一些課題需要完善,如簡便高效的樹狀結(jié)構(gòu)找形方法和太陽輻射下非均勻溫度場對樹狀結(jié)構(gòu)的影響等。本文采用數(shù)值模擬、試驗研究和現(xiàn)場實測相結(jié)合的方法,對上述問題進(jìn)行了深入的研究,取得了一些研究成果,以期對樹狀結(jié)構(gòu)的理論研究和工程應(yīng)用提供一定參考。

2、
　　作為仿生結(jié)構(gòu)的一種,樹狀結(jié)構(gòu)的定義和組成編碼等基本概念并沒有明確規(guī)定。本文將樹狀結(jié)構(gòu)定義為在研究自然界中樹木的形態(tài)及受力特性的基礎(chǔ)上,所設(shè)計的具備一定支承作用的結(jié)構(gòu)。為便于對比分析并完善樹狀結(jié)構(gòu)的基本概念,提出樹狀結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成,規(guī)定樹狀結(jié)構(gòu)的編碼。在總結(jié)實際工程應(yīng)用的基礎(chǔ)上,按照不同的分類方式對樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。可為樹狀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)研究奠定基礎(chǔ)。
　　樹狀結(jié)構(gòu)的形態(tài)關(guān)系結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能,如何使結(jié)構(gòu)受力更為合理,是值得關(guān)注和

3、研究的。在綜合比較樹狀結(jié)構(gòu)物理找形、數(shù)值模擬找形方法,研究連續(xù)折線索單元的基礎(chǔ)上,提出一種基于連續(xù)折線索單元的高效樹狀結(jié)構(gòu)找形方法,該方法模擬索單元的只拉特性且操作簡便。將該方法應(yīng)用于二維樹狀結(jié)構(gòu)的找形分析,能夠有效減小節(jié)點荷載和均布荷載下樹狀結(jié)構(gòu)的桿件單元彎矩,效果較理想。以二級分杈和三級分杈樹狀結(jié)構(gòu)為例,給出靜力找形方法和動力找形方法的一般步驟。通過模擬試驗,并與數(shù)值找形方法對比,驗證了基于連續(xù)折線索單元找形方法的可行性。對節(jié)點荷載

4、下的二級分杈樹狀結(jié)構(gòu)提出優(yōu)化方法,并對樹狀結(jié)構(gòu)的找形結(jié)果進(jìn)行初步探討。
　　提出基于連續(xù)折線索單元的三維樹狀結(jié)構(gòu)找形方法,找形后的單元彎矩值減小。將該找形方法應(yīng)用于天山海世界米立方項目中樹狀結(jié)構(gòu)的找形分析,對找形確定的樹狀結(jié)構(gòu)與實際采用的樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)性能的對比分析。對樹狀結(jié)構(gòu)樹枝分級不同的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能研究,二級分杈樹狀結(jié)構(gòu)支承的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能優(yōu)于一級分杈樹狀結(jié)構(gòu)體系,明顯優(yōu)于普通柱結(jié)構(gòu)。樹狀結(jié)構(gòu)與上部屋蓋剛接連接和鉸接連

5、接對結(jié)構(gòu)整體性能影響不大。樹狀結(jié)構(gòu)的節(jié)點形式對單樹和屋蓋組合的結(jié)構(gòu)形式影響較大,考慮米立方工程周圈環(huán)梁落地,樹狀結(jié)構(gòu)節(jié)點形式對結(jié)構(gòu)整體性能影響不大。
　　室內(nèi)大空間環(huán)境供暖或制冷,外部太陽輻射和內(nèi)外大溫差的共同作用下,樹狀結(jié)構(gòu)支承的整體結(jié)構(gòu)處于動態(tài)的非均勻溫度場作用下。對米立方工程在夏季的結(jié)構(gòu)溫度現(xiàn)場實測和數(shù)據(jù)采集,驗證理論分析得到的非均勻溫度場數(shù)值模擬結(jié)果。研究不同溫度工況對樹狀支承結(jié)構(gòu)的性能影響,得到溫度作用對結(jié)構(gòu)影響較大,且