变几何自适应张力结构分析理论研究

自适应结构是当前国内外结构工程研究的热点。本项目将以张力结构的几何形态解析、静动力分析计算方法、形状判定方法等基础理论的总结和研究工作为出发点，从结构单元中串联作动器后的综合刚度研究入手，定义结构形状调整优化的目标函数，重点对以下三个方面进行深入研究：形状调整单目标优化和多目标优化数学模型的建立和求解；变长度单元在张力结构中的布设原则；结构形状调整过程中的几何稳定平衡条件。同时对自适应张力结构的功能评判标准进行探索性研究。通过本项目的研究，一方面可以提高我国自适应张力结构基础理论的研究水平，另一方面可以为我国现代张力结构的工程应用提供有力的理论支持。

大跨度空间结构中，索杆张力结构是一种高效的结构形式，其材料用量已经很小，结构优化的主要目标不再是节省结构材料，而在于改善结构的受力性能。结构在使用的过程中，要承受各种大小和方向变化的荷载作用，因荷载组合的不确定性及复杂性，通常难以开展基于不同荷载工况组合的性能优化设计，因此，可以通过结构的主动变化以适应不同荷载的作用。本项目研究在张力结构单元中串联作动器，通过作动器工作，改变单元长度，从而使结构达到受力最优的形状。项目研究了串联作动器后的单元综合刚度，提出了结构形状调整优化的目标参数，推导并建立了形状调整单目标优化和多目标优化数学模型。通过计算分析和试验研究，确定了变长度单元宜布设在张力结构索单元中的原则，并提出了结构形状调整过程中，应选择能保持无自由节点对称面较多的路径, 以增大其几何稳定的可能性。本项目的研究可以为我国现代张力结构的工程应用提供有力的理论支持。