摘要
张拉整体结构具有明显的柔性特性，在施加预应力前没有刚度，属机构体系，只有对其预张拉才能形成抵抗外荷载的初始平衡结构，而初始平衡形态的优劣直接影响结构性能，这决定了对张拉结构分析的关键问题是形态确定的问题。本文主要针对广义张拉整体结构的找形问题展开以下几点工作。 （1）对张拉结构而言，一种基本的找形思路是在结构满足约束条件情况下，使拉索长或膜面积最小。由此建立拉索长度与膜面积的目标函数，将找形问题转化为约束优化问题，利用非线性规划的原理进行求解。并且通过验证得到目标函数的最优性条件与结构平衡方程等价，因此以这种目标寻优计算的最优解结果是平衡稳定的，可有效应用于张拉整体结构求解稳定平衡状态的问题中。 （2）本文采用改进的张拉结构形态优化方法，在寻找最优目标张拉结构形态时，利用目标函数梯度向量与节点不平衡力向量的对应关系，将这种寻优思想与动力松弛法结合起来，使得求解最优化问题转化为用动力松弛法求解平衡状态（即最优目标形态）的问题。这种在非线性规划问题中引入动力松弛法的做法，克服了梯度下降法找形时在极值点寻优速度下降的缺陷，在计算过程中无需减小时间步长就可以稳定快速的得到找形结果。 （3）通过对目标函数中幂指数、权重系数及目标杆长这些找形参数之间的关系进行探索，并对比较幂指数不同取值对找形结果的影响验证得到幂指数的理想取值。为了简化求解并提高程序的通用性，本文使用了一种简便的边界条件处理方法。而且在找形分析过程中考虑了张拉结构在外荷载作用下的反应。 本文将这种方法应用于自支撑或含外部约束的索杆、索网与索膜结构中，通过调整幂指数、权重系数及约束杆长等参数取值获得了一系列找形结果，为新型空间结构的发现提供了可能。并给出结构平衡时的内力分布，进一步验证了该方法可行性与有效性，为广义张拉整体结构在建筑工程领域广泛应用提供理论与科学支持。
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