《表4 全部优化分析结果》

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《中间开孔弦支穹顶结构预应力优化后模态分析》

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预应力是弦支穹顶结构必须施加的部分，预应力优化主要目的为:1) 使弦支穹顶结构整体部分在常态下不会发生松弛破坏现象；2) 施加预应力来保证结构不发生明显的变形和位移现象；3) 在达到最好效果的情况下所施加的预应力最小。预应力索是弦支穹顶结构中最活跃、最敏感的构件，在实际工程中必须合理地确定预应力。当结构整体状态和初始状态转换为荷载状态时，既要考虑结构的稳定性和水平推力的影响，又要尽可能地减小上部单层网壳的轴向力。目前，关于弦支穹顶结构预应力优化方法层出不穷，但还没有一个公认的方法。传统的预应力确定方法有3个基本假定[2]:1) 上部单层网壳为完全刚性结构；2) 下部张拉体系为上部结构的反加载体系；3) 对环索施加预应力来达到整体性好的效果。大部分文献中运用遗传算法[3-4]对弦支穹顶结构进行预应力优化，通过4种预应力设计准则[5]总结了弦支穹顶结构预应力的确定方法。本文则采用APDL语言[6]在ANSYS软件中实现弦支穹顶结构的优化过程，经过反复迭代来实现优化目标[7-8]。ANSYS中的预应力优化主要有3个模块:1) 设计变量；2) 状态变量；3) 目标函数。本文通过迭代法进行优化循环，优化变量共有4个，即弦支穹顶结构下部索和撑杆体系中4圈环索的初始应变，通过定义虚预拉力P4=816 k N，P5=783 k N，P6=1 140 k N，P7=1 520 k N，利用公式εi=Pi/（EA）（εi为环索初始应变，Pi为虚预拉力，E为材料弹性模量，A为构件截面面积） 求出初始应变，本文同时不考虑状态变量，仅仅定义目标变量，以弦支穹顶结构上部的网壳结构的最大应力值作为目标变量。通过对环索优化后得到的结果见表4。