基于节点渐进法的预应力钢结构形状优化设计

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1、第1耄缝论第1章绪论1．1预应力钢结构及结构优化设计学科的发展历史和现状预应力钢结构怒一种将预应力与铜结构相结台的新型结构，是现代钢结构获得良好结褥性能和经济性的商效方法。颧应力钢缡掏通过施加预应力疆充分羽弼钢材弹性范围内的强度，提高构件或结构的承载能力，减少其变形，达到节约钢毒孝、簿{蕊逡徐弱瑶熬”3。因此，对预盛力钢结稳避行深入辑究其有耋臻静理论意义和工程应用价值。结构饶往竣诗黪鏊静在予毒求羲安全又经济豹结戆彩式，嚣襞稳澎式包括了关于尺寸、形状和拓扑等信息。这些信息在没有形成相应的理论前～般都是根据设计者的经验进行缝梅的选燮及设计，缀难产生蠢效鲍毅型结镌。饯健是超越缀验设计的一种很有价

2、值的工疑。优化的目标通常是求解最小重量(或造价最省)的结构，同时必须满足一定的约束条件，以获褥最饯的静力绒动力等l生态特征。1。由j墩珂见，在钢结构中，光论是采用施加预成力的方法还进行结构优化设计，其目的是相同的，都是为了节省钢材、降低造价。然丽两者所研究的侧重点又肖掰区翔：颥应力钢缭鞫翻重予依据设计嚣经验合遴选择适合颈应力的结构形式邋行设计。设计中人为因素的影响很大，不合理的结构形式施加预应力聪其效果撼徽甚至遥褥其反。绥季冬往纯设诗霆藏都燕结棱在悉翅聋载{霉籍下遗纾设计。我们知道，结构是在荷裁作用下产艇内力及变形，只有在荷载确定的情况。下才能进行结构设计，瑟预应力蘩载是结构蠡乎簿瓣一秘特

3、辣形式豹蘩载，是人为麓热懿，所旆加预鹿力的大小在满足全部约束的条件下并不是确定慎，其取值可在一定范围内变化。严格地说预应力钢结梅的设计应该将预应力作为设计变量搏采用较麓合理结构形式才能收到更为瑷想的效果。鉴于此，将预应力钢结构与结构优化设计有机地结合在一起，既可以创造出适念预应力钢结构的理想结构形式，又能使缀褥藏热颧斑力戳瑟达至4承载力的最撬状态，飙而进一步节省钢材，降低造价。因此。预应力钢结构的优化设计是值得j挂一步研究的课题。{。{。{预应力锶绫梅发震的历史毒现状现代钢结构中利用预应力技术并发服成为一门工程学科则是在20世纪50年代兹螽。蠢予预瘟力技术可潋辩羝结构巍力峰毽，调整蠹力瞧蒺

4、，耄复琴j雳帮扩大使用钢材弹性强度幅值，并可用高强胰钢材取代部分碳索钢材，所以在预应力l￡裘王韭大学】：学矮±学谴论文钢结构发展的早期设计中，即或采用平丽结构体系也可获得省钢率10％一20％的经济效盏。“。弱一S0年代颈应力锻结构学辩豹臻究王俸开震较为广泛，瓿实馥粱、桁架等领域扩展到钢架、悬索结构、大跨空间结构、塔桅结构、高层建筑、桥跨绻粕、起黧设备结擒、铸渡痒秘大直径嵩压管道缝橇等领域。发展翅翅冬国豢镶熬于理论和基本杆件的研究和趺验，以厝进入实用阶段”。。同时世界各地也建造了一批有代表性的大型顸应力镪结梅工稷，它镪为铡建予蜃应力镶结魏学科积捱动学科的深入与普及起稽奠基与先锋的作用。这些工

5、程较多地始建于美豳、前苏联及欧洲一然工业发达的钢铁大网中，应腭于大型公用与工业设施上，傻大多数仍糯平面结构体系。以籍的应用领域从大跨结构扩聪至Ⅱ塔桅结构、高层建筑、桥紫工程和容器管道结构铸方面，弗于60—70年代先膝召开过三届国际预应力金属络构交浚经验与科技城采会议，1963年在国际上第一次出版了俄罗新科技活动窳E．H．BeneHa教授的专著《预应力金属结构》～书，为学科的全面发展奠定了理谂基礁。秘年又窭激了蓥罄《颓唐力镶竣粕设诗畿程》，残为统一学辩工程实戥的行动指南c”。70一80年代学瓣深入发熊，工程大爨灞瑗，研宠内容歇续搀静态蠖§￡深入刘动态与抗震：从强度弹性理论扩展到塑性、疲劳殿稳

6、定：从平面结构体系发展到空间结构体系；从设计计算延l枣到经济学，可靠度及成型邂论的研究。颈应力钢结构学科得到大大车富与提商，并且lij益系统化、理论化与全面化8”。此后，一些便于工业化生产，体轻省料性能好的网架、网壳结构与预应力技术褶结合形成了另类颓应力空润钢结擒体系，显示了更磐的缀济性和受力性能。释国先后建造了一批传统空间钢结构与预应力技术相结合的新结构体系。在寻求激经强塞力镄结擒形式戆研究与探索中番国静专家学者黎俸避大量工佟与努力。大量地节约钢材，充分地利用材料强度的企新的预虚力空间钢结构体系成为20毯纪寒建襞练撞学秘审熬匿大熬惫迹与最凝夔残裁，稼志藿入霞探索遗茨至善芟美的理想结构体系

7、己见成效。我国在预应力钢结}句学秘领域研究王作起步势不晚，在上世纪中期开始}l入，当时芷赢“～五”、“二五”建设时期，节约钢材、提高结构性能跫十分重大的课题，我豳积极从搿预应力钢结构课题的研究，并于56年列入国家研究计划。滁尔滨建筑工程学院、清华大学、蘑安冶念建筑工稷学院及冶金部建筑研究总院等单位进行过这方面的理论和实验研究，取得了一蟪成果，并将研究成果应用予第l章绪论预应力拱形屋盏梁、预应力输煤栈桥等结构中，取得了很好