网壳等空间结构广泛应用于体育场馆、火车站、航站楼等大型土木结构中,其在地震、台风等突发作用下的垮塌事故时有发生。为了保证结构在突发事件作用下的安全性,提高结构的整体受力性能,需对结构的鲁棒性能进行研究。结构冗余度是鲁棒性的重要内容,反映了局部破坏对结构整体性能的影响,同时也体现了构件在结构中的重要性。构件间的冗余度差异是构件在结构中的作用和其对结构抗倒塌性能贡献不同的集中反映,若结构冗余度分布不均衡,在局部构件发生破坏后极易引起不成比例的结构倒塌破坏。本文以结构构件的冗余度为基础,利用优化算法,通过优化构件截面,降低构件间的冗余度差异,以达到提高结构整体受力性能和鲁棒性的目的。为降低构件间冗余度的差异,同时控制结构材料用量,基于敏感性冗余度计算理论,以构件截面尺寸为变量,以构件间冗余度差值和结构重量为最小为目标,采用遗传算法优化构件的截面尺寸,使结构具备良好的整体受力性。本文主要研究了结构冗余度的分析方法、基于冗余度的结构优化措施及其在大型网壳结构尺寸优化中的应用等。主要研究内容与行文思路为:首先,论述了研究结构冗余度与鲁棒性的重要性,指出结构冗余度优化在维护结构安全上的重要意义,并介绍了结构鲁棒性研究、抗震设计和结构优化等方面的研究现状,以及本文的主要研究内容、关键问题、研究方法与思路。其次,基于敏感性分析,以结构杆件截面面积为参数,详细推导了结构响应对该参数的敏感性,并建立了结构冗余度的评价指标。在此基础上分析了平面桁架、星形网壳等结构在静载作用下的冗余度分布。然后,介绍了遗传算法的基本理论,以及结构冗余度优化的目标函数、约束条件的构建和结构冗余度的优化过程,以平面桁架和星形网壳为例,用Matlab编制的遗传算法程序对其进行了结构冗余度的优化。结果表明通过结构冗余度遗传优化,可以实现结构冗余度均衡分布、改善结构的整体受力性能和鲁棒性。随后,将基于遗传算法的结构冗余度优化方法应用于大跨空间结构,以肋环型网壳、凯威特网壳为例,采用有限元软件对结构优化前后的受力性能进行模拟分析,结果表明基于结构响应敏感性的冗余评价化方法、结构冗余度的遗传优化策略在大跨空间结构的冗余度优化上是可行的,通过优化杆件截面面积减小杆件间的冗余度差异,能有效改善,使结构的薄弱部位得到加强,从而提高结构的抗倒塌性能。最后是结论与展望,概述了全文的主要研究结论,指出冗余度优化指标的计算、优化模型的构造和研究层面上的不足。研究结果表明:本文采用的结构冗余度遗传优化策略可以通过自动搜索杆件截面尺寸对结构冗余度进行优化,减小杆件间的冗余度差异,实现结构受力模式的优化,从而实现结构冗余度的优化控制,保证结构在局部杆件失效状态下的安全性;通过优选杆件截面面积,可以充分发挥结构材料的作用,补强结构关键杆件,提高结构整体性能;基于结构响应敏感性的结构冗余度优化方法,可以实现结构在荷载作用下的失效过程控制,提高结构的整体鲁棒性能。