【摘要】：本文以宿遷運河體育館類橢圓形弦支穹頂為工程背景,在前期形狀優(yōu)化研究的基礎上,對網格劃分、截面優(yōu)化、索力優(yōu)化、形狀優(yōu)化、撐桿高度優(yōu)化等多個因素間的相互影響開展了深化研究,編制基于通用有限元方法的優(yōu)化程序,通過對比研究的方法得到了兼顧以上多個因素的類橢圓形弦支穹頂的最優(yōu)結構方案,可做為該類結構的選型和設計的依據。本文的主要結論如下：(1)下弦索預應力分布、上弦網殼截面分布都與類橢圓弦支穹頂結構的最優(yōu)形狀密切相關,根據對背景工程的質量優(yōu)化結果,這兩個因素對優(yōu)化結果的影響可以達到約11.3%,因此在對類橢圓弦支穹頂進行形狀優(yōu)化時,必須同時考慮索力優(yōu)化和截面優(yōu)化,即采用考慮多種因素的形狀優(yōu)化方法。(2)考慮多種因素的形狀優(yōu)化方法,上弦穹頂優(yōu)化得到的最優(yōu)外形比不考慮截面優(yōu)化時的更陡,這與穹頂的受力機理吻合。(3)相同條件下,上弦穹頂的網格劃分方式不同,優(yōu)化得到的外形也會有一定的差異。類橢圓等間距肋環(huán)型弦支穹頂結構最優(yōu)外形的擬合曲線為拋物線；凱威特型和肋環(huán)型弦支穹頂結構的最優(yōu)外形的擬合曲線為四次多項式。(4)與橢圓形弦支穹頂相比,類橢圓形弦支穹頂平面投影在長軸兩端更豐滿,更方便建筑使用,通過考慮多種因素的性狀優(yōu)化,類橢圓形弦支穹頂每平米的用鋼量比橢圓形弦支穹頂結構每平米的用鋼量小,采用類橢圓形代替橢圓形有一定優(yōu)勢。(5)類橢圓形弦支穹頂的網格劃分主要有等間距肋環(huán)型、凱威特型和肋環(huán)型三種,根據優(yōu)化結果,采用等間距肋環(huán)型劃分的弦支穹頂索單元內力分布更均勻、更合理,且用鋼量要優(yōu)于另外兩種網格劃分方法,類橢圓形弦支穹頂應優(yōu)先采用等間距肋環(huán)型網格劃分。(6)弦支穹頂的撐桿高度直接影響到下弦索系對上弦穹頂的支撐作用,對弦支穹頂的整體性能影響很大,通過撐桿高度優(yōu)化,可改善結構的受力性能,減小弦支穹頂的用鋼量,弦支穹頂優(yōu)化設計必須考慮撐桿高度的影響。(7)撐桿高度優(yōu)化結果表明：凱威特型、肋環(huán)型和等間距肋環(huán)型三種網格劃分形式的類橢圓形弦支穹頂結構,各環(huán)斜拉索空間位置應基本平行,撐桿與斜拉索的夾角在70到80度之間。(8)對背景工程類橢圓弦支穹頂結構采用考慮多種因素的優(yōu)化設計得到的結果表明,等間距肋環(huán)型劃分的用鋼量最少,凱威特型次之,肋環(huán)型最大,在同類工程中,應優(yōu)先選用等間距肋環(huán)型。
[Abstract]:In this paper, the elliptical domes of Suqian Canal Gymnasium are taken as the engineering background. On the basis of the previous research on shape optimization, the mesh generation, section optimization, cable force optimization and shape optimization are studied. The interaction between several factors, such as height optimization of strut, has been further studied, and an optimization program based on universal finite element method has been developed. By means of comparative study, the optimal structure scheme of ellipsoid dome with multiple factors is obtained, which can be used as the basis for the selection and design of this kind of structure. The main conclusions of this paper are as follows: (1) the distribution of cable prestress and the section distribution of upper chord reticulated shell are closely related to the optimal shape of elliptical chord domes. The influence of these two factors on the optimization results can reach about 11.3. Therefore, in the shape optimization of ellipsoid domes, both cable force optimization and cross-section optimization must be considered. That is to say, the shape optimization method considering many factors is adopted. (2) considering many factors, the optimum shape obtained by the dome optimization is steeper than the one without section optimization. This is consistent with the stress mechanism of the dome. (3) under the same conditions, the meshing of the dome is different, and the optimized shape will be different. The fitting curve is parabola for the optimal shape of the ellipsoid equal-spaced toroidal domes. The fitting curve of the optimal shape of the Kewitt type and the rib ring type chord dome structure is quartic polynomial. (4) compared with the elliptical chordal dome, the ellipsoid domes are more plump at both ends of the long axis and more convenient for building use. By considering many factors, the amount of steel per square meter of elliptical domes is smaller than that of elliptical domes. Using ellipsoid instead of ellipse has some advantages. (5) the meshes of ellipsoid dome are divided into three types: equal spacing rib ring type, Kaiwitt type and rib ring type. The internal force distribution of the cable element of the chord dome is more uniform and reasonable, and the steel content is better than the other two meshing methods. The elliptical domes should be preferentially divided by equal-spacing ribbed ring meshes. (6) the height of the strut of the chord dome directly affects the supporting effect of the lower chord cable system on the upper dome, and has a great influence on the overall performance of the chordal dome. By optimizing the height of the strut, the mechanical performance of the structure can be improved and the amount of steel used in the dome can be reduced. The influence of the height of the brace must be considered in the optimum design of the dome. (7) the result of the optimization of the height of the brace indicates that: Cavette type, The spatial position of each ring stay cable should be basically parallel in three kinds of mesh-like dome structures of rib ring type and equal spacing rib ring type. The angle between strut and stay cable is between 70 and 80 degrees. (8) the optimum design of elliptic chord dome structure of background engineering type by taking into account a variety of factors shows that the amount of steel used in the division of equal spacing rib ring type is the least, followed by Cavette type. The rib ring type is the largest, in the similar projects, the equal space rib ring type should be selected first.
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU399

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