基于結構優(yōu)化的張弦拱桁架經濟性分析.pdf

1、預應力鋼結構通過施加預應力以充分利用鋼材彈性范圍內的強度,提高構件或結構的承載能力,減少其變形,達到節(jié)約鋼材、降低造價的目的。預應力與大跨空間結構相結合形成了許多新的結構體系。張弦梁結構是大跨度空間結構中一種典型的剛柔結合雜交體系。張弦梁受力明確,構造簡單,制造安裝方便,結構形式多樣,適用范圍廣泛,近年來頗受歡迎,并在不少大型工程中采用。超大跨張弦梁的上弦構件一般采用桁架形式來提供較大的抗彎剛度和穩(wěn)定性,張弦拱桁架結構在今后仍然會是研究

2、的熱點。然而,對于影響張弦梁性能的垂跨比、高跨比和預應力取值的大小等各個因素的選取問題,國內工程通常采用不同方案反復試算后優(yōu)選確定,同時,已有的成果中關于張弦梁性能研究已經比較成熟,但是優(yōu)化方面大多以重量最小為目標函數優(yōu)化桿件截面面積和索力值。由于實際工程中相同面積鋼管可以選擇不同的直徑和厚度,不同直徑和厚度的鋼管又有不同的造價和回轉半徑,因此,如何在結構優(yōu)化的基礎上考慮各種約束來選擇使結構造價達到最小所需的鋼管直徑和厚度還有待深入研究

3、。 本文以最小用鋼量為目標函數,考慮應力、位移和穩(wěn)定性等約束,采用兩級優(yōu)化法,對大跨張弦拱桁架進行了截面面積和索力的優(yōu)化設計。以此為基礎建立了以最小造價為目標函數的優(yōu)化模型,參考市面上各種鋼管和鋼絞線的報價,提出了在考慮結構位移和強度約束下計算鋼管直徑、厚度的最優(yōu)造價優(yōu)化法。最后分別對大跨預應力張弦拱桁架和非預應力張弦拱桁架進行優(yōu)化,通過算例分析得出,大跨預應力張弦立體拱桁架相對于非預應力張弦立體拱桁架省鋼率和節(jié)省造價率都在40