Optimization of Gridshells Against Instability Considering Joints' Mechanical Performance
暫譯: 考量接頭機械性能的網殼不穩定性優化
Lu, Mingfei, Ye, Jihong, Li, Hui
- 出版商: Springer
- 出版日期: 2025-07-10
- 售價: $1,910
- 貴賓價: 9.5 折 $1,815
- 語言: 英文
- 頁數: 185
- 裝訂: Hardcover - also called cloth, retail trade, or trade
- ISBN: 9819682037
- ISBN-13: 9789819682034
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工程數學 Engineering-mathematics
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商品描述
This open access book introduces external factors such as loads and constraints into the theory of configurational vulnerability, thereby overcoming the classical theory's inability to account for external influences. Stability is a governing factor in the design of single-layer gridshells, becoming increasingly critical as the span grows. However, current design methodologies address stability primarily through post-design verification, which severs the intrinsic link between member design and overall structural stability. This disjointed approach leads to iterative cycles of design and verification, reducing efficiency. Concurrently, advances in industrialized construction have spurred the development of numerous innovative joints tailored for prefabricated construction. These joints are neither ideally rigid nor ideally hinged. Yet, prevailing design methods and stability verification processes still assume ideal rigid connections, failing to incorporate the mechanical properties of joints and thereby constraining the adoption and application of these new designs. This integration provides a novel perspective on instability mechanisms. Based on the instability mechanisms of gridshells, a stability optimization model is developed under the rigid joint assumption. Due to the large number of variables involved in the optimization model, conventional algorithms often prove inadequate. To address this, the study enhances the standard genetic algorithm by replacing its random mutation mechanism with a directed mutation mechanism, significantly improving search efficiency. The improved algorithm efficiently solves large-scale stability optimization problems for single-layer gridshells, as validated using three gridshells of varying scales and two constructed examples. To expand the forms of gridshell joints, the study employs advanced topology optimization techniques to enhance rotational stiffness. Simultaneously, the study integrates the requirements of prefabricated construction by designing a universal connection interface capable of accommodating members from diverse orientations. This effort culminates in the development of novel joint designs for spatial grid structures that are both mechanically efficient and construction-friendly.
商品描述(中文翻譯)
這本開放存取的書籍將外部因素如載荷和約束引入配置脆弱性理論,從而克服了經典理論無法考慮外部影響的缺陷。穩定性是單層網殼設計中的一個關鍵因素,隨著跨距的增長,其重要性愈加凸顯。然而,目前的設計方法主要通過設計後驗證來處理穩定性,這使得構件設計與整體結構穩定性之間的內在聯繫被割裂。這種不連貫的方法導致設計和驗證的迭代循環,降低了效率。同時,工業化建設的進步促進了許多針對預製建設的創新接頭的發展。這些接頭既不是理想的剛性連接,也不是理想的鉸接。然而,現行的設計方法和穩定性驗證過程仍然假設理想的剛性連接,未能納入接頭的機械特性,從而限制了這些新設計的採用和應用。這種整合為不穩定機制提供了一種新穎的視角。基於網殼的不穩定機制,開發了一個在剛性接頭假設下的穩定性優化模型。由於優化模型中涉及的變數數量龐大,傳統算法往往顯得不足。為了解決這個問題,本研究通過用定向突變機制替代標準遺傳算法中的隨機突變機制來增強該算法,顯著提高了搜索效率。改進的算法有效地解決了單層網殼的大規模穩定性優化問題,並通過三個不同規模的網殼和兩個建造範例進行了驗證。為了擴展網殼接頭的形式,本研究採用了先進的拓撲優化技術來增強旋轉剛度。同時,本研究通過設計一個通用連接介面,能夠容納來自不同方向的構件,整合了預製建設的需求。這一努力最終促成了機械效率高且施工友好的空間網格結構新接頭設計的開發。
作者簡介
作者簡介(中文翻譯)
陸明飛,生於1991年,是一位擁有東南大學土木工程學院碩士及博士學位的高級工程師。他專注於空間結構及地下空間開發。目前,他是中國交通建設集團第一公路工程局地下空間科學研究所的高級研究員,以及中國礦業大學/中國交通建設集團第一公路工程局的博士後研究員。他已發表超過10篇論文,其中6篇被SCI/EI收錄,擁有3項軟體著作權,並擁有11項發明專利。他參與了3個國家級項目,主導了2個省級項目,並入選中國交通建設集團青年人才支持計畫。
葉繼紅,女性,漢族,生於1967年1月,廣東省梅縣人。她是中國共產黨黨員,教授及博士生導師。目前擔任中國礦業大學黨委常委及副校長。她的學術及研究工作專注於長跨距空間結構及輕鋼結構的防火性能、抗震性能及抗風性能。她主導了多個重大國家研究項目,包括國家自然科學基金(NSFC)重大研究儀器專案、NSFC重點專案、NSFC重大研究計畫及國家科技支援計畫的子專案。她是某省級工程建設標準的主編。
李輝,中國交通建設集團隧道工程局地下空間科學研究所副所長,擁有高級工程師職稱。他長期專注於城市軌道交通及超大直徑盾構隧道的技術管理。多年來,他參與了多個重大隧道工程,包括南京的韋三路長江大橋、北京地鐵8號線及天津地鐵11號線。他在軌道交通、超大直徑盾構隧道及地下工程的技術管理和科學研究方面發揮了重要的協調作用。值得注意的是,他在多個關鍵超大直徑盾構項目的技術規劃、支援、知識積累及標準化方面有著廣泛的參與,例如南京河沿路隧道、北京東六環改建工程、上海機場聯絡線及江陰-靖江長江隧道。