基于平面预应力索拱结构基于可靠度的优化设计

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1、东南大学硕士学位论文平面预应力索拱结构基于可靠度的优化设计姓名：翟永伟申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：冯健20070301平面预应力索拱结构基于可靠度的优化设计硕士研究生：翟永伟指导教师；冯健教授东南大学摘要平面预应力索拱结构(也称为张弦梁结构)是上弦刚性拱和下弦柔性拉索通过撑杆在若干点相连形成的组合结构。在当前我国到处兴建大跨度空间结构的热湖中，受到了建筑师的青睐，在很多工程中得到了应用。传统的优化设计属于确定性优化设计，没有考虑到设计变量的随机性，得出的最优结构一般失效概率很大。基于可靠度的优化设计在优化的过程中考虑了设计变量的随机性，得到的结果才是真正既优而且又安全

2、的结构。本文对索拱结构进行基于可靠度的优化设计时，按照解耦的思想将整个优化过程分为三步：第一步对索拱结构进行参数分析，讨论参数变化对索拱结构的变形、内力和平面内整体稳定性的影响，找出合理的参数取值范围。讨论的参数包括撑杆数目、高跨比、垂跨比、形状比和刚度比；第二步在这个合理的参数取值范围内对索拱结构进行可靠度分析。可靠度分析时，按照响应面方法的原理重新定义了结构的失效模式，并重构了失效模式所对应的极限状态方程。利用变f序列响应面法计算体系可靠度，当结构可靠指标较大时，需要增大首次迭代时f的取值；第三步先找出与位移失效模式的目标可靠指标相接近的设计参数组合，再进一步分析这些参数组合的

3、承载能力可靠指标。最后根据正常使用极限状态和极限承载能力状态的目标可靠指标要求确定索拱结构的较优参数取值。因为要进行参数分析，所以本文在具体分析前先讨论了索拱结构的一些基本力学性能：索拱结构的找形、初始张拉力的取值以及索拱结构的非线性稳定分析过程中是否需要考虑材料非线性。关键词：索拱结构，可靠度，优化RELIABILITYBASEDDESIGNoPTIMIAZIToNoFBEAMSTIUNGSTRUCTUREGraduate：ZHAIYong-weiSupervisor：FENGJianProfSoutheastUniversity,ChinaAbstractBeamstrings

4、tructuremss)isanewhybridizedstructure：rigida∞andflexiblecableateconnectedbystrutsatsomepoin协．NowChinaisunderclimaxofbuildinglong-spanstrugtoreseverywhere．Becauseofsomanymerits，beamstringstruftureispmferredbyarchitectandappliedtomanyconstructions．Traditionaldesignoptimizationisdeterministic．Str

5、uctureobtainedbyuaditionaldesignoptimizationisofIellwithahighprobabil姆offailurewitllomconsideringuncertainty．So,reliabilitybaseddesignoptimization(P．BDO)shouldbeused．Accordingtheconceptof“decouple”，reliahilitybaseddesignoptimizationofbeamstringstructatecanbedividedtothreesteps．Thefirststepisto

6、analyzetheeffectsofparametersofbeamstringstructure。includethenumberofstruts，rise-spanratio，sag-spanratio，formratio，stiffnessratioofarchandcable．Then,gettherangeofparameterswhicharemorerationaltodeformation．imemalforceandstabilityofBSS．Thesecondstepistoanalyzethereliabil衄ofBSSduringthemoreratio

7、nalrangeofparameters．Accordingtotheprincipleofresponscsurfacemethod，failuremodesandperformancefunctionsofBSSaterefined．Asequentialresponsesurfacemethodwithv耐onsfisusedtocomputercli曲ili吼Whenthereliabilityindexishigh,itisnecessarytoenlarg