网架预应力组合优化理论研究

预应力组合网架是在组合网架的基础上，在下弦平面内设置单向或双向预应力拉索从而形成一种拉索、钢管和钢筋混凝土平板(带肋板)共同工作的组合结构体系。它将承重结构与维护结构合二为一通过施加预应力改善内力分布、降低应力峰值增大结构刚度、降低挠度充分发挥材料强度、提高结构承载力从而节省用钢量、降低了造价。预应力组合网架具有诸多优势适用于大柱网、大空间的屋(楼)盖中。在预应力组合网架结构设计中设计者首先面临的问题是如何确定其预应力值、跨高比、网格数。
　　对于这些参数设计者往往是根据相关经验或试算的方式来选择缺乏科学依据不一定取得最优解。预应力组合网架结构组成复杂设计变量多优化问题非常复杂工程人员一般不容易掌握。基于此运用优化理论对预应力组合网架几何外形进行研究为预应力组合网架的优化设计提供选型依据是一件有意义工作。
　　根据规范和已建工程实例本文利用APDL设计语言建立了40余个不同建筑尺寸的算例模型。基于三阶段设计方法在三种荷载工况作用下详细分析结构变形以及各个构件的应力变化情况。结合各构件的受力特性本文选取预应力组合网架的跨度、高度、网格数、预应力值、杆件截面面积、肋梁宽度以及高度作为设计变量以结构的总造价为目标函数同时考虑强度、刚度、稳定性、截面尺寸、拉索预应力限值及结构挠度等约束条件采用零阶优化方法对该结构进行优化设计。 从全部的结果中选取在最优点造价3%以内数值用回归分析的方法找寻预应力组合网架的造价与跨高比、长宽比、网格数、预应力值的关系结论如下： 
  1.当预应力组合网架的跨高比、网格数、预应力值同时在各自最优值范围内时造价取得最优解。 
  2.预应力组合网架的最优跨高比基本是恒值有较宽的分布带宜取16～19。 
  3.长宽比对结构的网格数影响很小预应力组合网架的最优网格数主要取决于短向的跨度宜取(6～8)+0.2L2(L2为结构的短向跨度)。 
  4.预应力组合网架的最佳预应力值基本是恒值有较宽的分布带宜取35%-45%的结构总荷载。