網架預應力組合優化理論研究

預應力組合網架是在組合網架的基礎上,在下弦平麵內設置單向或雙向預應力拉索,從而形成一種拉索 、鋼管和鋼筋混凝土平板(帶肋板)共同工作的組合結構體係 。它將承重結構與維護結構合二為一,通過施加預應力改善內力分布 、降低應力峰值,增大結構剛度 、降低撓度,充分發揮材料強度 、提高結構承載力,從而節省用鋼量 、降低了造價 。預應力組合網架具有諸多優勢,適用於大柱網 、大空間的屋(樓)蓋中 。在預應力組合網架結構設計中,設計者首先麵臨的問題是如何確定其預應力值 、跨高比 、網格數 。對於這些參數,設計者往往是根據相關經驗或試算的方式來選擇,缺乏科學依據,不一定取得最優解 。預應力組合網架結構組成複雜,設計變量多,優化問題非常複雜,工程人員一般不容易掌握 。基於此,運用優化理論對預應力組合網架幾何外形進行研究,為預應力組合網架的優化設計提供選型依據,是一件有意義工作 。根據規範和已建工程實例,本文利用APDL設計語言建立了40餘個不同建築尺寸的算例模型 。基於三階段設計方法,在三種荷載工況作用下,詳細分析結構變形以及各個構件的應力變化情況 。結合各構件的受力特性,本文選取預應力組合網架的跨度 、高度 、網格數 、預應力值 、杆件截麵麵積 、肋梁寬度以及高度作為設計變量,以結構的總造價為目標函數,同時考慮強度 、剛度 、穩定性 、截麵尺寸 、拉索預應力限值及結構撓度等約束條件,采用零階優化方法,對該結構進行優化設計 。 從全部的結果中選取在最優點造價3%以內數值,用回歸分析的方法找尋預應力組合網架的造價與跨高比 、長寬比 、網格數 、預應力值的關係,結論如下 ： 1.當預應力組合網架的跨高比 、網格數 、預應力值同時在各自最優值範圍內時,造價取得最優解 。 2.預應力組合網架的最優跨高比基本是恒值,有較寬的分布帶,宜取16～19 。 3.長寬比對結構的網格數影響很小,預應力組合網架的最優網格數主要取決於短向的跨度,宜取(6～8)+0.2L2(L2為結構的短向跨度) 。 4.預應力組合網架的最佳預應力值基本是恒值,有較寬的分布帶,宜取35%-45%的結構總荷載 。