超大跨巨型网格结构优化选型及性能研究

Aimed at several key technical problems of super-long span mega-latticed structures, using experiment method, finite element analysis and artificial intelligence technology, studies from the following three aspects: 1) based on the Structural morphogenesis, determine the rule of optimization, the optimization goal, and a series of structural optimization parameters, set up the selection method of the super-long span mega-latticed structures optimization. 2) based on the structure testing and finite element numerical simulation, the space grid structure refinement finite element model is established. Considering the influence of member buckling on the stability of mega-latticed structures, study structural stability and dynamic characteristics, and build research the multiple state whole process analysis method of super-long span mega-latticed structures; 3) based on artificial intelligence technology, predict the process and failure mode of structure failure, and reveal failure mechanism of super-long span mega-latticed structures. 3) build the failure criterion of super-long span mega-latticed structure. Research findings will build a good foundation for theory and application of super-long span mega-latticed structures.

针对超大跨巨型网格结构的若干关键技术问题，利用结构试验技术、有限元分析技术和人工智能技术相结合，从四方面内容开展研究：1）基于结构形态学，确定优化准则、优化目标和一系列的结构优化参数，建立超大跨巨型网格结构的优化选型方法；2）基于结构试验和有限元数值模拟，建立超大跨巨型网格结构的精细化有限元模型，考虑局部桁架杆件屈曲与结构整体失稳的耦合作用，分析结构稳定性，建立超大跨巨型结构的多状态全过程的分析方法；3）基于细胞自动机和数据挖掘技术，预测结构的失效模式和破坏荷载，揭示超大跨巨型网格结构的失效机理。4）建立超大跨巨型网格结构失效判定准则。研究成果对超大跨结构的发展奠定良好的理论与应用基础。

随着科技水平的不断提升以及物质文化等方面的需要，人们对于功能多样的大跨建筑的需求日益强烈。工程师们也一直在不断努力地探索新型结构体系，争取在提高建筑的跨越能力方面取得更大的突破。本项目以超大跨巨型网格结构为研究对象，着重研究了800m跨度下的球面巨型网格结构，通过有限元分析软件对结构进行静力、动力及稳定性分析，得到了合理的结构形式，得到结构的静、动力性能及稳定承载力等。并从能量角度确定了结构的失效判定准则，初步探索了在动力何在作用下失效模式和失效荷载预测的新方法。通过本项目的开展，主要取得了以下研究成果：.（1）实现了超大跨球面巨型网格结构的参数化建模，对结构进行静力、动力分析，得到了800m跨度下合理的结构方案。.（2）在优化选型的基础上，对较优结构形式进行结构稳定性研究，得到结构的稳定承载力。优化选型得到的结构弹性和弹塑性稳定承载力均满足规范要求，稳定性良好。.（3）应用模糊综合判别法和基于指数应变能密度的失效准则研究了结构的失效模式，并区分了结构的失效与失稳。.（4）创建了基于人工智能技术的结构失效模式与失效荷载预测方法，该方法具有一定的实用性，可以节省大量计算时间及计算机存储空间。.项目成果在国内外学术期刊及学术会议上发表6篇论文，其中SCI收录2篇，EI收录1篇；培养博士研究生1名，硕士研究生12名。以上研究成果将为超大跨巨型网格结构的设计研究提供有力支持。