网壳结构寿命周期总费用的计算方法研究

现代结构系统在灾害中产生巨大经济损失的特点,使人们意识到在结构设计之初就对结构的寿命周期总费用进行有效评估、并反过来指导工程设计具有重要意义。对网壳结构寿命周期总费用的计算方法进行研究,分别提出初始造价、维护费用和失效损失的计算公式,并考虑寿命周期内网壳结构可能受到的荷载发生的概率,建立寿命周期总费用的计算方法,编制网壳结构寿命周期总费用的计算程序。通过一具体的网壳结构工程算例验证上述方法和程序的有效性。研究结果表明,网壳结构初始造价的追加投资会由于结构使用过程中失效损失费用的减小而得到补偿,而寿命周期总费用最小正是结构设计的最优状态,按照现行规范设计方法得到的结构配置方案不一定是寿命周期总费用最小的方案。     

局部单双层网壳的初步优化

局部单、双层网壳结构的设计涉及截面、形状和拓扑优化。为满足初步设计对计算效率的要求,采用均匀设计法来实现结构的多级别优化。实验设计使用现有的网壳结构设计软件,对计算结果进行回归分析,得到指标（用钢量、变形、基频和最小非线性屈曲荷载）与变量（网壳矢高、单层部分范围和单层部分杆件设计应力比）之间的近似函数关系。求解简单的规划问题,得到变量之间的最优水平组合。一个点支承六边形局部单、双层网壳的比较设计说明了方法的效率和可靠性。     

考虑几何非线性影响的单层网壳优化设计

本文研究了单层网壳结构以杆件自重最轻为目标函数的优化问题，给出了考虑位移约束和应力约束的优化算法，优化过程中考虑了结构几何非线性的影响。编制了相应的计算程序，并通过算例分析验证了本文方法的有效性。算例分析还表明了单层网壳优化中几何非线性影响的重要性。     

单层柱面索撑网壳结构的形态优化

索支撑空间网格结构是一种适合于玻璃采光顶结构特点的新型单层网壳结构形式。目前对于索支撑空间网格的研究主要集中在几何建模、网格划分、整体稳定性能和静力性能等方面,在索支撑空间网格结构形态优化方面国内外的研究和应用还相对较少。采用了基于结构整体应变能为目标函数的共轭梯度法对单层柱面索撑网壳结构进行形态优化。首先,介绍了形态优化方法的选取,然后介绍了以应变能为目标函数的共轭梯度法。最后针对单层柱面索撑网壳,以结构的整体应变能为目标函数,曲面高度作为设计变量,结构的位移和矩形钢管的最大应力作为状态变量,采用共轭梯度法,通过调整曲面高度,寻找到了具有最小应变能的高刚度的较优曲面,并对该曲面进行了理论分析。     

基于节点竖向移动的预应力单层网壳结构形态创建方法

研究了预应力加载程度、节点高度变化两类不同设计变量对预应力单层网壳结构承载力的影响.建立以索力值、节点竖向坐标为设计变量,以结构储存应变能最小为目标函数,以结构允许变化空间作为约束条件的优化数学模型.在优化方法上,首先以结构储存应变能最小确定索力值,然后计算节点应变能对竖向坐标灵敏度,以调整节点空间位置进一步减小结构应变能,改善结构受力状态,反复迭代,直至结构形态最优.算例表明本文提出的拉索预应力单层网壳结构形态创建方法可行.     

考虑整体稳定的单层网壳截面优化设计

整体稳定性是单层网壳结构设计中的一个关键问题.在进行此类结构的优化时,必须考虑整体稳定性的影响才能得到符合规程要求的设计.本文综合考虑了位移、应力和杆件稳定以及结构整体稳定性条件,提出了基于最优准则法的优化设计方法,可按照钢结构设计规范和网壳结构规程的要求,对单层网壳结构进行杆件截面设计.     

抗震结构的模糊优化设计

文献[1]和[2]中指出,结构优化设计的目标函数和约束函数中包含有大量的模糊信息,提出了结构模糊优化设计的概念和物理量(结构反应和尺寸)在模糊许用范围下的α-水平截集解法。 本文进一步提出了抗震结构模糊优化设计的方法。为此定义了模糊预测烈度、模糊反应谱、结构的模糊反应,给出了具有广义模糊约束(包括模糊约束函数及其取值的模糊允许范围)的模糊规划的解法。文献[1]和[2]中所用的α-水平截集解法是它的特例。这个解法的基础是给出了模糊约束函数对其允许模糊取值范围的满足度的概念,并利用它把问题转化为一系列非模糊规划,从而得到一个最优点序列,这就为求解模糊规划奠定了基础。 在抗震结构优化设计中,第一步利用上述方法求得结构最小造价点集,各设计点对应着不同的设防水平;第二步在目标函数中综合考虑初始造价和未来若干年震害损失期望,求得最优设防水平及与其对应的一个最优设计方案。     

单层球面网壳的优化分析

应用ANSYS软件优化模块,以自重最轻为目标函数,以强度、稳定性等为约束条件,并考虑了结构几何非线性的影响,对凯威特型单层球面网壳进行优化分析。然后对优化所得的网壳作了稳定性全过程分析,从而验证优化设计是可靠的。     

单层网壳结构稳定性分析

介绍了网壳结构非线性全过程分析的理论和方法,利用大型通用有限元分析程序对单层球面网壳结构进行建模及求解,通过分析单层球面网壳的载荷-位移曲线,对单层球面网壳的失稳形态和稳定性能进行了研究,对影响单层球面网壳稳定性的多种因素进行了分析和总结,指出影响单层球面网壳稳定性的几个主要因素,较精确地确定单层球面网壳结构稳定性极限承载力,提出的简便计算公式。     

沈北新区球形雕塑单层网壳抗震分析

采用子空间迭代法和反应谱分析法对三阶段设计中单层球形网壳的动力特性和抗震性能进行研究,得出了单层球形网壳的自振特性和其在不同烈度地震和各个设防阶段的抗震能力。对实际单层网壳工程的抗震设计有参考价值     

空间网格结构优化设计的模糊判决方法研究

在空间网格结构的优化设计过程中,必然会遇到大量的不确定性信息和因素,而且往往要考虑多个目标函数,而各个目标之间存在矛盾及各目标的解具有冲突性,多目标优化问题要求各个目标函数都达到最优一般很难．本在经典模糊判决法的基础上,提出了四种改进的模糊判决法,并利用隶属函数建立模糊优化数学模型转化为非模糊的单目标优化模型,从而可以使用普通优化程序得到模糊优化解．最后,通过二十五杆塔架的数值例题来说明本方法的求解过程并验证了其模糊判决方法的有效性和可行性．     

The stability and stressed skin effect analyses of an 80 m diameter single-layer latticed dome with bolt-ball joints

Recent researches have demonstrated that bolt-ball joints have a certain amount of flexural stiffness, so they should be classified as semi-rigid joints and it is possible to apply them on single-layer latticed domes. In order to study the stability and stressed skin effect of the latticed domes with bolt-ball joints, a series of nonlinear full-produce analyses were conducted on the basis of the design of an 80 m diameter single-layer latticed dome with bolt-ball joints, which is the main structure of the Shenbei New District citizen fitness center in Shenyang, China. Above all, the moment-rotation relations for bolt-ball joints, which were established based on numerical results, were introduced into the latticed dome numerical model. Then, the nonlinear stability analyses for the latticed dome in different construction stages were carried out by the above-mentioned numerical model under vertical loads and horizontal wind loads. The mechanical behaviors discussed in this investigation including the stability and the ultimate bearing capacity of the latticed dome in different construction stages, and the influence of the stressed skin effect on the stability of the latticed dome with decorated plates. The result shows that: after being properly designed, the latticed dome with bolt-ball joints can exhibit a good mechanical performance, and this successful application of bolt-ball joints on the Shenbei New District citizen fitness center can set an example project for the design of single-layer latticed domes with semi-rigid joints; under vertical loads, it is more dangerous for the 75% complete latticed dome, while the dangerous construction stage for horizontal wind loads is the 50% completed latticed dome; the stressed skin effect can increase the stability of latticed domes.     

K8型单层球面网壳的弹塑性稳定

对1 200多例实际尺寸的K8型单层球面网壳进行双重非线性全过程分析,求得它们的极限承载力,并系统考察初始缺陷和荷载不对称分布等因素对网壳稳定性能的影响,重点讨论材料非线性对网壳极限承载力的影响。通过这种大规模参数分析研究,较全面揭示K8型单层球面网壳弹塑性稳定性能的规律性,在此基础上对以往仅考虑几何非线性影响的K8型网壳极限承载力实用公式进行修正。     

均布荷载作用下单层球面网壳的弹塑性失稳模式研究

为揭示单层球面网壳结构在静力均布荷载作用下的失稳模式与失效机理,预测结构可能发生的破坏模式和承载能力,基于双重非线性全过程分析理论,采用ANSYS软件对典型球面网壳结构开展稳定性参数分析,系统考察结构的荷载-位移全过程曲线、塑性发展分布、屈曲模态等特征响应。并以典型算例为代表,从宏观和微观两个方面诠释了单层球面网壳结构可能发生的3种失稳模式:弹性失稳、弹塑性提前失稳、弹塑性失稳。指出弹塑性提前失稳是由于结构强度破坏诱发的一类承载力偏低的失稳模式,为提高结构安全性,在网壳稳定性设计阶段中应避免出现此类失稳模式。     

具有随机几何缺陷的大跨度单层球面网壳稳定性分析

网壳结构的稳定性是单层网壳结构设计中的关键问题。采用改进随机缺陷法对一大跨度K8型单层球面网壳进行随机缺陷稳定性分析,并研究非线性（几何非线性、材料非线性）、缺陷最大值等因素对单层网壳承载能力和临界荷载分布规律及其统计参数的影响。结果表明,单层球面网壳的临界荷载对曲面形状的安装偏差非常敏感,初始几何缺陷的影响非常大。缺陷最大值的增大将会使样本的最大值、最小值、均值及设计临界荷载显著下降,缺陷最大值对样本均方差的影响较复杂。材料非线性对大跨度单层球面网壳极限承载力的影响比较显著和复杂,对同一样本的影响有规律可循,但在不同样本之间没有必然的联系,在单层网壳结构设计中进行弹塑性稳定性分析是非常必要的。     

Discrete time–cost–environment trade-off problem for large-scale construction systems with multiple modes under fuzzy uncertainty and its application to Jinping-II Hydroelectric Project

This paper presents a discrete time–cost–environment trade-off problem for large-scale construction systems with multiple modes under fuzzy uncertainty. A multi-objective decision making model is established in which the total project duration is regarded as a fuzzy variable. To deal with the uncertainty, the fuzzy numbers in the model are defuzzified by using an expected value operator with an optimistic–pessimistic index. The objective functions are to minimize the total project cost, project duration, crashing cost, and environmental impact. Furthermore, a fuzzy-based adaptive-hybrid genetic algorithm is developed to find feasible solutions. The one-point crossover and repairing strategy for mutations are designed to avoid infeasible solutions. Finally, the Jinping-II Hydroelectric Project is used as a practical example to demonstrate the practicality and efficiency of the model. Results and a sensitivity analysis are presented to highlight the performance of the optimization method, which proves to be very effective and efficient compared to other algorithms.     

单层球面网壳地震反应特征分析

考虑不同矢跨比、荷载、跨度和支座刚度等多种因素的影响,对单层球面网壳在地震作用下的反应进行了较全面的研究,给出了其随各参数变化的规律,得出了在单层球面网壳抗震设计中起控制作用的是水平地震作用而不是竖向地震作用等有益的结论.此外本文还给出了由于阻尼比不同而需对引用现行抗震规范反应谱分析的网壳地震作用进行修正的建议.     

索穹顶结构预应力多目标优化的小生境遗传算法

根据索穹顶结构的柔性结构特点和力学特性,探索以质量最小、刚度最大和支座反力最小为目标函数,以预应力整体可行性准则、荷载态应力控制和位移限值为约束条件的多目标优化模型。结合自适应技术、预选择机制和共享函数小生境技术对传统遗传算法进行改进,利用加权系数法将多目标优化问题转换为单目标Pareto最优解问题。利用向量式有限元对不同预应力水平的结构进行静力分析。最后通过两个不同类型索穹顶算例,采用自编程序的计算结果证明所提出的方法是有效的,为索穹顶结构预应力优化分析提供了新的计算方法。     

K6型单层球面网壳的弹塑性稳定

本文有计划地对1200余例实际尺寸的K6型单层球面网壳进行了双重非线性全过程分析,求得了它们的极限承载力,系统地考察了初始缺陷和荷载不对称分布等因素对网壳性能的影响,并重点讨论了材料非线性对网壳极限承载力的影响.通过这种大规模参数分析研究,较全面了解了K6型单层球面网壳弹塑性稳定性能的规律,在此基础上对以往仅考虑几何非线性的网壳极限稳定承载力实用公式进行了修正.     

荷载非对称分布对单层球面网壳稳定性的影响

利用结构分析软件ANSYS,对不同跨度、不同矢跨比及不同截面的单层球面网壳结构进行了非对称荷载作用下的非线性全过程稳定分析。通过变化不同的参数,考察荷载非对称分布对单层球面网壳稳定性能的影响规律,对工程设计有一定的指导意义。