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申请/专利权人：广西大学;广西交通设计集团有限公司

摘要：一种考虑位移约束的桁架结构两层面强度优化设计方法，包括如下步骤：1根据桁架结构设计方案的几何尺寸、材料参数、荷载状况和约束条件，确定结构计算模型；2根据上述结构计算模型，识别结构中高、低承载构件，并计算构件和体系强度系数及各节点位移；3根据构件和体系强度系数及结构节点位移限值条件，判断结构是否满足两层面强度需求及适用性条件；4根据调整策略，对上述结构设计方案进行调整及优化，并根据结构用材总体积是否稳定收敛确定桁架结构最终的优化设计方案。根据本发明进行桁架结构优化设计，能够保证桁架结构具有合理的强度储备且处于正常使用状态。

主权项：1.一种考虑位移约束的桁架结构两层面强度优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：1根据桁架结构设计方案的几何尺寸、材料参数、荷载状况和约束条件，确定结构计算模型；2根据上述结构计算模型，识别结构中高、低承载构件，并计算构件强度系数和体系强度系数及弹性状态下各节点位移；所述计算构件强度系数和体系强度系数及弹性状态下各节点位移包括：根据弹性模量缩减法迭代首步的单元承载比计算构件强度系数其中，表示构件c迭代首步的构件强度系数；表示迭代首步构件c的构件承载比；根据弹性模量缩减法迭代末步的构件承载比最大值计算桁架结构体系强度系数其中，Ks表示结构体系强度系数；表示迭代末步构件承载比的最大值；M表示弹性模量缩减法迭代末步；根据弹性模量缩减法迭代首步的构件内力及桁架节点位移计算公式，计算结构弹性状态下各节点位移其中表示在设计荷载作用下弹性模量缩减法迭代首步构件k的内力，表示沿位移j处作用单位力时弹性模量缩减法迭代首步构件k的内力，uj、lk、Ek和Ak分别表示第j个受位移限制自由度方向的位移、构件k的长度、构件k的弹性模量和弹性模量缩减法迭代首步构件k的截面面积，nc表示结构构件总数；3根据构件和体系强度系数及结构节点位移限值条件，判断结构是否满足两层面强度需求及适用性条件；4根据结构优化设计调整策略，对上述结构设计方案进行调整及优化，并根据结构用材总体积是否稳定收敛确定桁架结构最终的优化设计方案；所述结构优化设计调整策略为：当弹性模量缩减法迭代首步的构件强度系数小于其目标值时，将目标构件的截面强度调整为原截面强度的αc倍，所述的αc为构件强度系数比，[K0]表示构件强度系数目标值；当弹性模量缩减法迭代末步的构件强度系数小于结构体系强度系数目标值时，将目标构件的截面强度增大为原截面强度的αs倍，同时，为减少耗材，节省工程造价，各构件弹性模量缩减法迭代末步的构件强度系数不宜过大，应尽可能接近其目标值，因此对弹性模量缩减法迭代末步的构件强度系数大于结构体系强度系数目标值的构件进行优化调整，也将其截面强度减小为原截面强度的αs倍；所述的αs为体系强度系数比，[Ks]和分别表示结构体系强度系数目标值以及构件c在弹性模量缩减法迭代末步的构件强度系数，M表示弹性模量缩减法迭代末步，η1为加速迭代因子；当弹性模量缩减法迭代首步的节点位移大于其限值时，将目标构件截面面积调整为当前截面面积的倍；所述的为位移调整系数，其中为构件c对第j个受位移限制自由度方向的位移uj的贡献，Aclc为构件c对当前结构用材总体积V的贡献，表示设计荷载下弹性模量缩减法迭代首步构件c的内力，表示沿位移j处作用单位力时在弹性模量缩减法迭代首步构件c的内力，V为当前设计方案下结构用材总体积，为第j个受位移限制自由度方向的位移限值，Ec为构件c的弹性模量，Ac为构件c的截面面积，lc为构件c的长度，η2为阻尼系数，用于控制算法收敛，取值0.001～0.2之间效果较好；根据结构优化设计调整策略，调整目标构件的截面强度，重复步骤1至4，直至达到预定优化设计目标，最终得到满足结构两层面需求及适用性的优化设计方案。

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