預應力空間網格結構優(yōu)化理論及可靠性分析.pdf

1、由于配索預應力空間網格結構具有造型優(yōu)美、受力合理、經濟效果好等一系列的優(yōu)點，使得這一新型結構形式體現出了強大的生命力，其應用范圍越來越廣闊，建造規(guī)模越來越宏大。為了促進該種結構的發(fā)展，本文在簡要介紹預應力空間網格結構基本概況及基本原理的基礎上，從連續(xù)變量和混合變量兩方面系統(tǒng)分析了配索預應力空間網格結構的優(yōu)化原理，并對該種結構的系統(tǒng)可靠性進行了深入的分析，同時進行了結構基于剛強度系統(tǒng)可靠性的優(yōu)化分析。本文的主要內容概括如下：
　　

2、 1.在分析、總結國內外相關文獻的基礎上，對預應力空間網格結構的基本概況及基本原理進行了闡述，系統(tǒng)地介紹了該種結構的拉索布置、預應力加載、受力機理等相關內容，并利用“直接剛度法”推導了預應力索的單元剛度矩陣，為該種結構的有限元分析奠定了基礎。
　　 2.對結構優(yōu)化設計的常用算法進行了綜述，并根據預應力空間網格結構設計變量的特點，詳細介紹了本文采用的復合形算法和遺傳算法的相關內容。在利用這兩種算法進行預應力空間網格結構優(yōu)化分析時，

3、針對復合形法后期收斂速度緩慢的特點，給出了多次復合形法的改進措施。針對遺傳算法搜索時間長、易于早熟、局部尋優(yōu)能力差等缺點，給出了相應的改進措施，使之更加有效地適用于該種結構。
　　 3.預應力空間網格結構優(yōu)化分析過程中，需要處理桿件截面和預應力對應的兩種不同的設計變量，若將這兩種變量劃分在不同的空間，則會降低優(yōu)化效果，甚至無法得到真正的最優(yōu)解。本文將這兩種設計變量量于同一空間，采用適宜的優(yōu)化算法對預應力空間網格結構進行了優(yōu)化設計

4、。首先，將桿件截面和預應力變量均視為連續(xù)型變量，采用多次復合形法進行優(yōu)化分析，給出了優(yōu)化模型和具體的優(yōu)化步驟；其次，結合工程實際，將桿件截面變量視為符合型鋼規(guī)格的離散變量，將預應力仍視為連續(xù)變量，采用混合變量編碼方式的遺傳算法對預應力空間網格結構進行優(yōu)化計算，同樣給出了優(yōu)化模型和優(yōu)化步驟。算例表明，后一種預應力空間網格結構優(yōu)化方法更為合理有效。
　　 4.預應力空間網格結構的高次超靜定決定了該種結構系統(tǒng)可靠性分析的復雜性。本文在

5、概括總結結構可靠性分析方法的基礎上，詳細介紹了分枝限界法和PNET法的相關內容，并對預應力空間網格結構的系統(tǒng)可靠性進行了深入的分析。給出了結構系統(tǒng)強度安全余量方程，推導了系統(tǒng)剛度的安全余量方程，分析了結構系統(tǒng)剛強度失效模式之間相關性問題，得到了結構系統(tǒng)剛強度可靠性指標的計算公式。
　　 5.在預應力空間網格結構系統(tǒng)可靠性分析的基礎上，進行了結構基于系統(tǒng)剛強度可靠性的優(yōu)化分析。建立了以系統(tǒng)可靠度為約束條件、以結構自重為目標函數的優(yōu)