模擬退火索穹頂結(jié)構(gòu)形體優(yōu)化方法

在對國內(nèi)外已建索穹頂結(jié)構(gòu)施工成形方法進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上,結(jié)合國內(nèi)在這方面取得的研究成果,對傳統(tǒng)的索穹頂施工成形方法進(jìn)行比較分析,指出該類結(jié)構(gòu)的施工成形方法仍有改進(jìn)和創(chuàng)新的潛力。

傳統(tǒng)的索穹頂結(jié)構(gòu)形態(tài)分析幾乎不考慮結(jié)構(gòu)的受荷特性,而結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時對形態(tài)方面的考慮也很少。本文提出了將形態(tài)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計結(jié)合起來的新型設(shè)計方法,即選取自應(yīng)力模態(tài)組合系數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和結(jié)構(gòu)的形狀參數(shù)等為設(shè)計變量,以結(jié)構(gòu)方面要求和經(jīng)濟(jì)性等為多目標(biāo)函數(shù),建立起多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,采用遺傳算法進(jìn)行找形和優(yōu)化的雙重迭代求解。在優(yōu)化過程中,利用多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計平臺isight調(diào)用ansys有限元軟件和編制的matlab找形程序。因這種新型優(yōu)化設(shè)計方法能考慮自重和預(yù)期荷載對結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)的影響,故可以保證設(shè)計結(jié)果滿足結(jié)構(gòu)優(yōu)化和形態(tài)的雙重要求。最后以geiger型索穹頂結(jié)構(gòu)設(shè)計作為算例,表明新型設(shè)計方法不僅能使結(jié)構(gòu)受荷之后仍滿足建筑要求的幾何形狀,同時也能保證結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性能良好和得到受力性能合理的預(yù)應(yīng)力分布。

索穹頂結(jié)構(gòu)施工成形方法比較與分析

剛性網(wǎng)格索穹頂結(jié)構(gòu)施工成型過程中,其下部預(yù)應(yīng)力索桿體系的成型與上部剛性網(wǎng)格的安裝是一項非常關(guān)鍵的技術(shù)。在對國內(nèi)外已建索穹頂結(jié)構(gòu)施工成型方法進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上,并結(jié)合國內(nèi)在這方面取得的研究成果,提出了一種改進(jìn)的索穹頂結(jié)構(gòu)施工成型方法:索穹頂塔架提升索桿累積安裝張拉成型方法。該方法可明顯減小預(yù)應(yīng)力拉索的牽引距離和牽引力,方便了拉索和撐桿的安裝就位,施工過程中的安全性更易保證。

對于弦支穹頂結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力施工模擬分析,提出一種新的分析方法?；诮Y(jié)構(gòu)施工態(tài)構(gòu)形建立節(jié)點力非線性平衡方程,基于矩陣微分理論和牛頓切線法概念得到結(jié)構(gòu)非線性平衡方程的線性逼近式,通過引入結(jié)構(gòu)邊界約束條件得到結(jié)構(gòu)可動節(jié)點坐標(biāo)迭代公式。給出的方法將施工張拉力或卸載壓力視為外力直接施加于施工結(jié)構(gòu)上,不需要將施工張力等效為初應(yīng)變或初溫差。使用該方法可有效考慮結(jié)構(gòu)非線性特性、不同批次張拉施工的相互作用和臨時支撐卸載施工。對一大型弦支穹頂結(jié)構(gòu)算例進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力施工模擬分析,驗證了該方法的有效性。

采用非線性有限元法建立了索穹頂逆向施工全過程分析方法,通過改變主動索和輔助索的索長來實現(xiàn)索穹頂?shù)恼w逆向提升。采用索桿梁模型模擬索穹頂,主動索和輔助索為2節(jié)點索單元,被動索為5節(jié)點索單元,桅桿為桿單元,中央環(huán)梁為梁單元。索長改變通過施加溫度荷載實現(xiàn),整個分析模擬了結(jié)構(gòu)從理想平衡狀態(tài)到中央環(huán)梁放至地面的施工全過程。采用該方法可使所有構(gòu)件在地面組裝完成后整體逆向提升,避免了邊張拉、邊安裝,節(jié)省時間,同時避免了模擬分析過程拓?fù)涞牟粩嘧兓?/p>

按常規(guī)方法繪制的水庫調(diào)度圖相對保守,難以達(dá)到可靠性與效益的優(yōu)化組合,使得水庫調(diào)度圖還存在一定的優(yōu)化空間。提出了一種優(yōu)化常規(guī)調(diào)度圖的新方法——混合模擬退火遺傳算法,以實現(xiàn)水庫調(diào)度圖的計算機程序式自動優(yōu)化修正。該方法綜合了遺傳算法的全局搜索能力和模擬退火算法的局部搜索能力,提高了計算精度,避免了手工修正調(diào)度圖的隨意性。通過在實際生產(chǎn)項目中的應(yīng)用與檢驗,證明該方法對水電站水庫調(diào)度圖的優(yōu)化確實可靠,在滿足可靠性指標(biāo)以及水庫綜合利用要求約束的條件下,取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益,為水電站實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運行提供了一條可行途徑。

回顧了全張力體系的概念以及索穹頂結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史,介紹了索穹頂結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點.以有限元分析理論為基礎(chǔ),采用五節(jié)點空間曲線索單元的非線性有限元法分析推導(dǎo)了索穹頂結(jié)構(gòu)的非線性位移關(guān)系、幾何關(guān)系、物理關(guān)系、本構(gòu)關(guān)系以及平衡方程.最后結(jié)合模型和工程實際,提出索穹頂結(jié)構(gòu)的張拉施工方法

弦支穹頂結(jié)構(gòu)由于拉索的存在,其施工階段的力學(xué)性能與其使用階段不盡相同,其受力狀態(tài)可能更為不利。通過系統(tǒng)研究弦支穹頂結(jié)構(gòu)實際工程的施工工藝,提出包括施工順序、預(yù)應(yīng)力張拉施加方式、臨時支撐系統(tǒng)和預(yù)應(yīng)力張拉方式等4個關(guān)鍵施工參數(shù),研究了弦支穹頂結(jié)構(gòu)張拉環(huán)索受力機理,并根據(jù)此張拉機理和所提關(guān)鍵施工參數(shù)建立了有限元分析的時變模型,編制了相應(yīng)的計算程序。算例分析表明,應(yīng)用該計算模型和方法,可以對弦支穹頂結(jié)構(gòu)的施工過程進(jìn)行精確控制,具有較強的適用性。

索穹頂結(jié)構(gòu)非線性有限元分析——索穹頂結(jié)構(gòu)是大變形柔性組合結(jié)構(gòu),其受力分析屬于幾何非線性問題。本文采用二節(jié)點直線桿單元模擬受壓桿,提出并采用新型二節(jié)點曲線索單元模擬受拉索,建立并求解了索穹頂結(jié)構(gòu)混合有限元方程。通過若干算例的分析與比較,表明上述有限...

索穹頂結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析——索穹頂結(jié)構(gòu)屬于大跨度空間柔性結(jié)構(gòu)。因其具有質(zhì)量輕、柔性大、阻尼小、自振頻率比較低等特點,風(fēng)荷載一般是結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制荷載。這類結(jié)構(gòu)的一個顯著特點是,索和膜不具有彎曲剛度,在外荷載的作用下結(jié)構(gòu)變形比較明顯,而且索穹項結(jié)構(gòu)剛度...

無錫新區(qū)科技交流中心g區(qū)部分屋蓋采用剛性圓形屋面空間索穹頂結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)體系由上弦脊索、下弦斜索、環(huán)索、壓桿、外環(huán)受壓環(huán)及內(nèi)環(huán)剛性拉力環(huán)構(gòu)成,為肋環(huán)型索穹頂結(jié)構(gòu)體系。索穹頂結(jié)構(gòu)平面為圓形,屋面覆蓋材料采用鋁板和玻璃結(jié)合的剛性屋面,剛性屋面與下部索穹頂結(jié)構(gòu)體系結(jié)合,是目前國內(nèi)第一個空間索穹頂結(jié)構(gòu)實例。施工方法可供類似工程參考。

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)因結(jié)構(gòu)特點不同其施工技術(shù)也不同，本文就以張力索穹頂結(jié)構(gòu)為例，闡述索穹頂結(jié)構(gòu)創(chuàng)新施工技術(shù)，分析了索穹頂塔架提升索桿累積安裝方法優(yōu)點，通過索桿系靜力平衡狀態(tài)的非線性動力有限元法分析論證，證明施工的科學(xué)性，保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

針對"大震不倒"的抗震設(shè)防目標(biāo),提出一種在強震作用下建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法.依據(jù)"用相同的投資獲最好的設(shè)計"的設(shè)計理念,建立以建筑結(jié)構(gòu)最大的層間位移最小化作為優(yōu)化目標(biāo),同時滿足體積約束的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型.采用動力有限元分析模型和高效的顯式動力分析方法對強烈地震波作用下的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,獲得最大的層間位移;采用改進(jìn)的模擬退火算法求解優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,設(shè)計了一種產(chǎn)生可行解的狀態(tài)發(fā)生器,由該狀態(tài)發(fā)生器產(chǎn)生的新狀態(tài)均滿足所有的約束條件;在顯式動力分析軟件ansys/ls-dyna的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā),實現(xiàn)了一個三維框架結(jié)構(gòu)的抗震優(yōu)化設(shè)計.數(shù)值算例表明,該方法能獲得較高質(zhì)量的解,具有現(xiàn)實的工程意義.

基于改進(jìn)模擬退火算法的建筑結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計——針對“大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)．提出一種在強震作用下建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法．依據(jù)“用相同的投資獲最好的設(shè)計”的設(shè)計理念，建立以建筑結(jié)構(gòu)最大的層間位移最小化作為優(yōu)化目標(biāo)，同時滿足體積約束的優(yōu)化數(shù)學(xué)模...

索穹頂結(jié)構(gòu)的找力分析方法不平衡力迭代法——索穹頂?shù)膭偠群统休d能力都是通過施加預(yù)應(yīng)力來獲取的，預(yù)應(yīng)力設(shè)計是對索穹頂進(jìn)行任何其它分析的基礎(chǔ)，所以它的找力分析（forcefinding）是一項很重要的工作。本文提出一種找力分析方法——不平衡力迭代法，它可以克...

索穹頂結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力張拉施工成形過程分析一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點和難點.本文結(jié)合國外已有工程預(yù)應(yīng)力張拉施工方法和國內(nèi)相關(guān)研究成果介紹,以一跨度為122m的索穹頂結(jié)構(gòu)為例,提出了包括逐圈斜索張拉法、僅外圈斜索張拉法、逐圈豎桿頂壓法、僅外圈豎桿頂壓法、逐圈環(huán)索張拉法、僅外圈環(huán)索張拉法、逐圈斜索原長安裝法等七種預(yù)應(yīng)力張拉施工方法,并采用動力松弛法對采用各種預(yù)應(yīng)力張拉施工方法進(jìn)行施工模擬全過程分析,為實際索穹頂結(jié)構(gòu)工程的張拉施工提供理論依據(jù)和技術(shù)支持.

本篇文章開篇簡要對剛性網(wǎng)格索穹頂結(jié)構(gòu)的概念和施工特點作了介紹，在對其結(jié)構(gòu)有了一定的了解之后，結(jié)合國內(nèi)外已經(jīng)建成的剛性網(wǎng)格索穹頂建筑，重點討論了剛性索穹頂結(jié)構(gòu)的施工成型方法，并針對現(xiàn)有施工技術(shù)的不足，提出相應(yīng)的改進(jìn)方法，以供相關(guān)人員參考。

工藝系統(tǒng)中需要加入新物流、現(xiàn)存的換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)需要改動、換熱網(wǎng)絡(luò)有較大的能量回收潛力,這些都是換熱網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行改造的原因。本文基于非等溫混合分級超結(jié)構(gòu),建立了換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造的minlp數(shù)學(xué)模型,同時考慮了改造后的公用工程費用、新增換熱器的費用、原有換熱器新增面積的費用、新增動力設(shè)備的費用。將用于換熱網(wǎng)絡(luò)綜合的分級超結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了簡要的改進(jìn),增加了一些和現(xiàn)存設(shè)備相關(guān)的限制條件和二元變量。通過對現(xiàn)存換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析,充分的利用原有的換熱設(shè)備和換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),基于ga/sa算法求解可得到優(yōu)化改造的換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。實際算例的計算結(jié)果和文獻(xiàn)結(jié)果對比表明,本文得到的改造方案用較少的投資,實現(xiàn)了較多的公用工程節(jié)省,新增設(shè)備費用的靜態(tài)投資回收期為0.53年,為換熱網(wǎng)絡(luò)改造提供了好的可行方案。

以洪家渡水電站為例,探討了模擬退火粒子群算法(sapso)在水電站中長期優(yōu)化調(diào)度中的應(yīng)用方法及效果。結(jié)果表明:該算法可以求解具有復(fù)雜約束條件的非線性水庫優(yōu)化調(diào)度問題,并具備求解精度高、收斂速度快的優(yōu)點,為解決水電站中長期優(yōu)化調(diào)度問題提供了一種有效的方法。

針對目前現(xiàn)有可靠度計算方法存在的缺點,基于可靠度指標(biāo)的幾何涵義,運用模擬退火算法原理,建立可靠指標(biāo)的優(yōu)化模型,提出一種計算橋梁結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)的全局優(yōu)化算法。該方法利用模擬退火思想與原理,能有效克服傳統(tǒng)算法容易陷入局部最優(yōu)解而無法自拔的弊端,而且對于復(fù)雜性和非線性的功能函數(shù),避免了繁瑣的求偏導(dǎo)數(shù)工作,是一種求解復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)可靠度問題的有效方法,并通過實例來證明了該方法的有效性。

弦支穹頂結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性分析方法——系統(tǒng)闡述了弦支穹頂結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性分析方法，論證了基于嚴(yán)格數(shù)學(xué)定義的lyapunov運動穩(wěn)定性理論和方法不能對地震作用下的非線性、多自由度系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供有效判別準(zhǔn)則．提出了基于b．r運動準(zhǔn)則的改進(jìn)判別方法，以此為基礎(chǔ)結(jié)...