автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Оптимизация размеров железобетонных плит сборных аэродромных покрытий

IV п

I и

0,1

Г

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЗТОМОБИЛЬНО - ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

п

МАЛИ

На 'правах рукописи

Махнуд .Афаф Абделъ Хашм

Ш1ЖИЗАЦЙЯ РАЗМЕРОВ ШЕ30БЕТ0НШХ ПЕГГ СБОРНЫХ А'ЗРОШМШ ШКРШЙ

Специальность 05.23.11 "Строительство автомобильных дорог я аэрсдроиоЕ"

Азторефэрат дассертаци- на соискание ученой стешет кандидата технических щук

В.Б. Носов

МОСКВА '1993

I

_1

Работа шшолнеяа на кафядрэ "Аэропорта к конструкции" ¿¡осесеского гссударстЕзшщго аЕтоиойитьно-дорссного иисетгута

(техничасгого ушсерсятета). <

Еаутай рукогсдзтеяъ - д-р ге^сн-. на?:-., проф.

З.Е.Грнгок:!. Ойищалькый силонеятк - д-р гс:сн. наук, ирста.

Б,И,Майсрсг.

канд. т-зхн. нг.ук В.А.Елпслн. Еадупая организация - ГШ к ЕЕ'? ГА "Аэроироег.^'.

Защтта состоится 18 нояйря 1293 т. е 1С час. в аудитории 1? 42 .ка зассдаети спецгализярозанысго совота Д 053.30.01 ВАК РФ при Московском государственном аахоглоб4!льнс-дорааком института (т82КИ38СХСа| уЕзвэрситоте).

С диссертацией можно ознакомиться н ¿пблиотста института по адксу: 125829, Мсскза, Лекннградсыгй проспект, 64, ПАДИ.

Автореферат разослан " "_19ЭЗ г,

Ученый, секратарь сдецигдгзарованного -_______

соаЕта Д 053.30.01 при IВДй

канд.геж. гзук, доц. Ю.гЛ. Ситников'

г

0К1АЯ ХАРАКШИСИКа РАБОТ«

Проблема олтикачьнсгэ проектирования хелезоСстоннкх шет обычного арглтрсганля и иредЕарятельао-нзпрязенннл для о борта дородных к азрэдромшсс пгатаытяй пока еце ае получнла полного решения из-за больисго члсла дайсгаущах факторов в математической модели виоора оптимальной консгрукцЕП штатн при расчета плат на ПЭЕМ. Зто связано с необходимостью учета в расчетной модалд переменной дастко о та п сложной структури арма-роиакия различие зон штаты, не однородное та основания, осо~ боилостзй нелинейного деформирования гелззобетонэ, вероятных потерь предварительного напрячинзя, возможное ш расоты л кса-тзнтировгетя илиг с оскэзгяием в рэгиие односторонних связей, влияния яесгаостк стыкоеых соедиигый на иапрлкэняоз состсяшэ я&лозобзтонных шжг к других факторов.

СуиестЕующа метода расчета я конструирования недостаточно точно соогЕятствуют фактэтоской схема работы плзт в покрытия: кэдсстезт обоснований рациональней? казначенкэ геометри-часяк размеров елит, стегана армирования, учету степени совка с гное ти работы плат через стыкозш сссдиеонпя а размещению стьосогаг с седина ней в плане и по высоте плит. Поэтому крайне актуальна теорэтзчаекга я экспериментальные исследования, на-правлезннз на совершенствование методов расчета ж конструкро-2алия и, главным образом, выбора оптимальных проектных решений конструкций сборных покрыт^ из предварительно напрятанных 'гелазобетонных плит.

Щльа диссертационной работы являются экспаршаяталъно-теорвтичасхиа исследования Еыбора оптимальных размерои кгшет-руяцкй сборных азлезобетопных пакт при заданных условиях эксплуатации, минимальных расходах материалов и ограничениях на напрятанное состоянгз конструкций и прогибы плиты, обэскечи-еешщих повышение долговечности работы сборного покрытая.

Научная новизна полученных в диссертации результатов заключается в следующем:

сформулирована и решена многокритериальная задача оптимизации геометрических размэров предварительно-напряязнных гелезобетонных плит сборных аэродромных покрытий;

теоретически исследовнны и обоснованы математическая мо, 3

дзлъ Еыбсра оптимальной конструкции плиты'и ее размеры, вид ~ целевой функции, ее элементы п область определения;

разработали алгоритм и программа рзшешш задачи шогокрк-териалькоГ: оптимизации, реализушцие численный способ выявления напряженносформированного состояния и рациональных размеров конструкции плит;

обоснована роль выбора оптимальных, размеров ташт на долговечность работы сборного покрытия.

На защиту выносятся слздущие основные результаты: разработка и исследование математической модели сытанза-ции размеров конструкции цредварительно-нэцряненннх аэлезобетонных шшт;

программная система, основанная на группе алгоритмов, поз-волякцих выбирать оптимальнее решашш ыгет сборяах покрытий на основе многокритериального формирования но обхчму материалов, стоимости и трудозатрат и долговечности гсей хонсирукцаи покрытия;

результаты машиннл'о экспзриглевта по выбору оптимальных: размеров шшт;

практические рекомендаций по оценке ролл раэыеров плит для повышения долговечности работы сборного локрыжа..

Достоверность основных лолоезнеЕ, заводов и рекомендаций научно обосновала результатами выпоаиеншсс исслсловасай и машинного эксперимента. Достоверность результатов обоснована широки объемом математического шкалирования на ПЭШ" и сравнительного анализз имеющихся и прэдяагазмкх цроскткнх решений плит.

Дрчкгачапкая цзкьосл. Ерэдашгаомого метода сцлашзации размеров шшт сборных покрытий и созданного на его основе программного ксгягазкса расчетов на ПЭВМ состоит в повышенна надежности и долговечности работы ¡ши с бортах аэродромных покрытий. Это дает возможность такг.е снизить матзриалозмкость и затраты на возведениэ и ыксилуатацта таких покрытий,

вевдробив результатов прзадодахаэтся реализовать е проектной практике тракепортнях оргаЕззадай АРЕ.

Структура ч обзам работа. Дессар'раиЕоаЕая работа с ос юг т из введения, четырех глав, обшух зкеодое, литературы ¿5.3 215 налме-нований наг / ■ страницах и 7 приложений. Работе содер.жи?223 страниц уашколисного текста, включает 56 расузгов, 4 таблицы и ЗБстрглщ приложений.

СОЕЕРНАЭДЕ НАБОК

Во введении даш общая характеристика я обосноЕание темы настоящей диссертационной работе, а таете показана научная новизна е практическою значете зеполейнного исследования.

В первой главе излозвнн основные пачоясния оптимального проектирования строительных кокструшя£ и обзор выполненных исследований по оптимизации желозобегошых агат- Наряду с этим в' глаЕ8 рассмотрены основные пологекяя расчета прочности конструкций длит сборка .тлезобетонню: покрытий.

Бвстро разбивающаяся теория оптимального проектирования йпзззеряк:: конструкций вбирает л себя основные представления и методы нз различных разделов механики, прикладной и вычислительной цатаиазжзя. Зо многом она базируется на катодах математического кэдвлгрозания, линейного г нелинейного цркр&шгцровавая, теорвх оптзшьацья систем с распределенными параметрами, методах многокритериальной оптимизации, классического вариационного исчисления. эЗфэктиЕЕЫх численных методах анализа и оптимизация разткчных техааческсх систем, таких как методе конечных элеыэк-тезз я градиентные методы. Но основной теорягй оптимального црозк-НфЭвгЕзя, ¿эзусссгкэ, является механика дв^оршгщуаиаго твердого тала, п в особенности татсд ее раздела, как теория упругости а ллаызлноста, теория ползучести л вязкоупртгсста, теория прочности, механика тозвоптагззш: конструкций, многослойных ¡сист-зм и конструкций ее. упруго;.; дьфорглируегда,; основании. •

Б процоссо развития теории оптямальаого проектирования возник рдд новых научав: яагравлз.чвй п четодав, такак как сашвшза-ционное модоля_пывЁ2аа, матвнатачеезел тэхпзлагия проектирования, анализ чувствительности при проекгаровагли я т.д.

Систематизированный обзор разязчнах сспчегое оптимального проектирования работами ея изгзб шастан итетедея 2 работе Р.Т.Х?$:пга и Б-Прасгда, Перглохшзц разкстг истодов оптимизации коговдуяяв на сснойй анаагза хшолнвваш; зсс7{слоаш»4 дазы г обзор Г.Н.Бзлдз1ПЕГ£дг. РазягчЕне аспекты спЕаизагри зн^гзнэрпых конструкций осг.2Е;вк~ в монографиях Н.11.Аоовского, Е.З.Бэничуха, В.В.Еодотина, 'В.Г.ЛЕТНЕЮва, З.П.Малкоза и А.Г.З'гэдчикова, Ю.М. Псчхтлана, М.И.Рсйишка, Е.Д.Сергеева и А.К.Бцродатева, А.А.Чяраса а др., а также в трудах Н.Я.Скл£даава, а.В.Бердянова и Л.Г.Ягухо-ва, Е.Ф.Вишжурова, И. Е .Калинина, М.Б.Яра-совсйаго, А.П.Кудзиса,

И.Б,Лазарева, В.И.Со. 'омшгп, S«E» ТрЕГОНИ к многих других. Исследования данной проблем посвязэны такка работы Ф.Гшша и У..Удара я, K.H.tiaaaaa, B.Hpartpa, Д.И.Рояваш, З.Хога и Я.Лрора, Г. Ре&шйЕЕса и А.РейЕикдракс. Систематизированные научные результаты е области опиззмизгции строительных конструкции за последние годы приводится г опубликоЕанннх е 1989г. материалах Второго международного симпозиума по проектированию оптимальных конструкций s университете Аризоны (США).

При оптиыгльаш проектировании пластин и шшт на упругом основании структура математического описания задачи оптимизации усложняется таи, что уравнения состояний образуют дяффареациаль-нув систему, состоящую из трех групп - статической, геометрической и физичвсхкй. Оптимальному проектирования) пластин, и особенно бетонных и ЕелазобзтонЕых шшт, лежащих на упругом основании, посвящено значительно мэньше работ, чем оптимальному проектированию старкневкх систем. В перну» очередь,это объясняется большой сложностью уравнений состояния. Геометрическая и физичоскэя нелинейность, сложные физические ыоделя материала железобетона и вэды воздействий но в полной кэри могут бнть учтеет. в задачах оптимального ироехкцюваныя конструкций, лежащих на упругом основании. Это, в свои очередь, вызызаат необходимость введения в расчетную схему оптимизации определению: уцрацазпдес прздпосикок.

Б главе показано, что для дорошкх и аэродромных предварительно напряженных яелезобетощшх шшт сборных покрытий достаточный, является условие использования технической теории расче- ■ та прочности шшт на упругом основании, реализованной в нормативных документах-по проектированию искусственных покрытий дорог и аэродршов.

Рассмотренные теоретические и практические результаты опубликованных работ отчетливо проявили практическую роль постановки Еоцроса об исследовании проблемы выбора оптимальных геометрических размеров гвлезоба тонных шш? сборных покрытий аэродромов ж дорог. Анализ спублякоЕашъсс работ показал, что исследования, связанные с Езборда оптимальных размеров келезобетонных шшт сборных покрытий, требуют дальнейшего расщрешя и совериеяство-вакия.

3 заключении главы обоснован подход к решякюо поставленной задачи определения оптимальных раздарен предварительно напрязен-ных железобетонных шшт сборных поурытий, а такие сформулированы

ijJ

. цели и задачи выполненного исследования. '

Вторая глдва полнотана обоснованию задачи охпи'ального про-ектировштя железобетонных плит, Еыбсру критериев оптимизации проектных решений л расчетной математической ыодеж длит сборного ЛОКрЫТИЯ.

Основной особенное хьэ одтимлзапии нелезобетонных шшт является многообразие расчетных условий, возшкгшщх в процессе оптимизационного поиска, ври которых разные участка шит имеют различные армирование л схемы образования тращзн н как следствие разные хесткостпые характеристики.

Оптимальные размеры сечений элементов сгооитйльных конструкции, дрп которых достигается их минимальная масса, можно определить двумя способами. Первый основан на сравнительном анализе различных вариантов проектного решения и сценке массовой эффективности каждого из них.

Второй способ состоит в определении функциональной зависимости массы от параметров г-онструкциг з действующих факторов с последующей минимизацией полученной функции в пределах принятых кокстоукЕШой и расчетной схем.В ¿том случае для слоеных статически неопределимых сястегл, к которым относятся халезобетонные конструкция, лекаже па упруго:.) основании, используют црн-ем расчленения плит на отдельны: участки и далее на .отдельные элементы (толщина сечзния и процент армирования сечения) и узлы (стыковые соединения), которые затем подвергают самостоятельной оптимизации.

Для этих целей поверхность плит условно делятся прямоугольной сеткой на " И " участков, и е пределах каздого из них учитываются своз ¿шсткосткые характеристики, фактическое арзетфозанке е зрещакообразоваше. В общем случае для каждой зоны разбиения поверхности тхлиты "К" варьируемыми параметрами могут быть: 3-1-толщгна;Э01 -У~ягг коэффициенты армирования по главным направлениям и отдельным участки плещади. свита; "Xz- марка бетона; У^-кзасс арматуры; - д>пша;3 ширина плиты. В большинстве : практических случаев параметры Xjxaa всех зон плиты

принимаются одинаковыми.

В процессе расчетов mqzho ориентироваться на участки армирования е соответствия с действующей эпюрой изгибазщйх моыянтое в конструкции плиты с цельэ восприятия как полоетггедьнкх, так и отрицательны:! моментов, действуидих в плите под нагрузкой, cor-

ласнс указаниям главк С&Л 2.05.08-85 "Аэродромы" к другим кор- ' ыатпгак.

В процесса постановки рассматриваемой задачи оптимизации б основу падежей поиск оптимальных геоизтротеекзх форм - раэмэсон плит, с учетои .шнймизацшг прогибов пли удельных давлений на подстплаззде грунты оснований., которые существенно влияют на надежность и долговечность работы покрытия.

Б качестаг критерия оптимизации используется т-шникум объема конструкций с учетом трудоэшссстл изготоаленля и монтажа шли, Еыраненвшс через показателе эконсшчности, надежности и долговечности.

В функции целл учитываются массы только основных элементов, без ыасс деталей, которые назначает шш по статистике, ил подвергают самостоятельной оптимизации. Одновременно с составлением функции кассы используются формулы, связынашдие искомые параметра плиты с дейсгвуицай на Ебе нагрузкой. Наряду с этим учктн-ваатся данные о разрушгодих напряжениях элементов проектируемой конструкции (армированного сечэяля, стыкового соединения н т.д.). Могут быть использованы и другие зависимости, по которш определяются, напришр жесткостные или динамические характеристики.

Поставлена,а задача является задачей математичзского программирования: найти плановые размеры и габарит поперечного сечения плиты, степень аршронания и Езличину предварительного напряжения, при которых конструкция плиты сборного пскрнтия удовлетворяет требованиям прочности, яесткости и трещиностойкосж при минимальных объемах материалов и их рациональном распределении по шоцадк плиты (допустимый црогиб плиты) и приемлемых экономических показателя^ стоимости при изготовлении и монтааё 1 шшт покрытия.

Данная задача является по суцастЕу многокритериальной и ее укрупненная математатаскал модель эаписьзается в виде

С - В, V, % ; (1)

где С - расчетная себеотоямость шам;

Р\ - га ом,зарин: поперечного сеченая и его армирования . (толцнкй и шгрчаа штага, илоцздь сечения арматуры);

5 - даннке о рабочей артгат^рэ (каасс, ыарка.. егд арматуры );

В - класс йетсна; )- - длгша ашт:; - стоимости

в

бетона и арматуры;

1С - технология монтажа;

71. - 'транспортировка шпт. Факторы /\ , ^ ,6 и I/- варьируете (управляемые); Факторы ,71 , 7т - неварьпруемыс ил: слабо варьируемые. Факторы Д . , Р, ограничены трзбоьанияш! нош на проектирование недезобетогшь'х кокстру:щий с учетом предельных состояний п спыта проектирования:

Щ < Ми > ^ -

где УИ^ и Ми - соответственно расчетный и црздельннй изгибающие момент:: з плите; -"главное растягивавшее напряжение; ■'¡чЬТ - расчетное сопротивление бетона рас тяже ши по

предельным состояниям пергой группы; л Гат]- соответственно расчетное и допустимое значения ( .. ширины раскрытия трещины;

н соответственно расчетное и допустимое значения

величины упругого прогиба; и соответственно расчетное л допустпыоа значения

давление плати на грунтовое основание; СООГЕет0ТЕенн0 '^локальное, текущей з ыакешаль-ное значения когффзддента аршгрзвашя;

Н . , Г" . ^-соответственно ышкЕкальное, таяущее г маглвмадь-1 ' нов значения предварительного напряжения бетона

. е сэчэнип плиты. При анализа и выборе оптимальных размеров кэзструкцзи штаты принимается расчетная модель сборного железобетонного покрытия с учетом упругих свойств материала плит, грунтового основания и связей ыэтвду плитами. Впбор ондагальной расчетной аодзли осуществляется зутрк вариаЕтпкх расчетов и анализа различных расчетных моделей, основанных на использовании конечно-разностных и конечно-элементных моделей. Для основного объема вытасле-еий использовался конечно-элементны! ггрогра'ллг'ж комплекс "5ар-80" (США), (рлс.1).

Третья глава Еклшает программную систему выбора оптимальных конструтщий железобетонных плит сборных аэродромных покрытий.

: 9 ;

in

В этой главе последовательно рассмотрены слелушзе еопросы: 1 алгоритм и '"!цро1рамыа расчета гелазобатонных плит методом конечных разностей; учет армирования при расчете прочности нелезобе-тонпих шшт методом конечного эламента; последовательность решэ-;шл оетецизэдяонзой задачи выбора размеров шет; особенности программного обеспечения решения опзэыззадпоЕнай задача; собст-ьеыно прогрэканач сястома оптагшгащга конструктивных решений дли? сборки нокрихзй.

При ипнольгоБаная метода козечшгх разностей была праменена стандартная црограгыа " расчета, ранее составленная .идя

ЭШ SC и прообразованная нами для использования ПЭВМ. Применение МКЭ для анализа ?гшряпенногс состолны -.слезобетона связано с рядо?,! особенностей, сзязацгасс с чисто инчшелктельными затруднениями, учетом асгзотропви д трегткосбразсвалил в процессе за-гругзЕЕЯ конструхЕрз. Учгт арматуры в случае использования программы " -эяр-80" осуществляется аналогично вычислительному комплексу "Лира". Ä

(з)

где £Г - модуль упругости бетона; модуль упругости арматуры в направлении оси ОС .

Модули упругости £у и Дг определяатся таким же образом с заменой ниаша индексов на 3 ш .

Дня комплексной программы расчзта и оптигшзацик железобетонных плит на первом этапе был реализовав способ параметрической оптимизации конструкции следующего Еида:

fi&i&z'—JXnWit - - (5)

min »и* — — (д)

где G - произвольная" функция качества: расход материалов, технологичность; стоимость изготовления и ыонтана плат покрытия;

?функция усютгй е бетоне, арматуре при расчете сечения на прочность, иирету раскрнтия гоещин и т.д.; j-i - велтиЕа действушгз: в сеченш усилий от внедних

нагрузок л воздействий - допустимая величина прогиба;, допустимая шгрипа раскштия тозщан и т.д.

jli !

В программе расчета реализованы эвристические правила варь-' ировашш параметров, обобиашцае специфику рассматриваемого класса конструкций. Сбор такой информации основан на систематизированной моделн взаимодействия факторов, еинящек на выбор оптимальной КОНСТРУКЦИИ ПЛИТЫ Сборного позфьггия (рнс.2).

При практической обработке алгоритма оптимизации использовался принцип последовательного выявления предпочтений относительно рассматриваемых критериев, а такгс частично пржЕдан доминирования цресблздавдего критерия. При поикз оптимального -зата-анта программа работает по схеме "ветвей н границ", аодашвдиро-Еанпой канд. техн.ноук Б.А.СабуренЕОЕОй.

Еа первой этапа отыскание онншаюзнх геометрических разта-ров е 1и2лз шкт реалигоЕквалооь уцрощадегч способом, оеновзняш на исЕольговагаз гринцица шшааедасого ягикромхсса, согласно которому рредпмзгаз тся. что отяосителъннП урозэнь сшиюзнея згли повышения качзеша решэния по одному критерии (трудоемкости иди стоимости) долшэе соответствовать равному повшеншо шн снижении относительного качеств решения ло остальным критерия?.!.

В результате ыоделзроЕгяия бычо установлено, что в зависимости от соогкоЕзнзя и абсолютных значений составляющих критерия одтимизацин исксыгй оптимальный аараыэгр даны плиты в зависимости от ее толздзга составляем 3,5-5,0 ы. Для проверки результатов выбора размеров упрощенной модели использовался другой подход, основаннкЁ на более полней учета различных фактороЕ (см. рис.2), влияющих на выбор оптшалышх параметров лялазобетоншх шгиг сборного аэродромного покрытая. В этих целях была разработана более сложная математическая модель параметрической оптимизации (рис.З) плиты сборного покрытия.

Четвертая глава вкяочает результаты работы программной системы по оптимизации размеров шшт сборных покрытий. В данную главу помещены материалы, связанные с анализом влияния размеров плит на их напрятанное состояние и надежность работы е процесса эксплуатации, а такие прадеюаены зависимости, позЕоляшциа качественно оценить долговечность сборных покрытий в связи с геометрически™ размерами шшт.

Основное Ензыание е главе уделено вопросам обсуждения результатов выбора, оптимальных геометрических размеров зелезобе-тонкых шшт в плане, а таюгз влиянию количества стыковых соединений в плитах сборных покрытий на их работу.

оптимальность монстч'УН ц.ии яелвъовЕтониы:

ПИИТЫ СВОРНОГО роцрития

ТГБСОВЛКИЯ н

НА ЖАЧЕННЮ

УНИФИКАЦИЯ

-НАГРУБИ;

- ЭлеНЙ/ТЫ ДЭРО-ДРОМЛ}.

грунЬ'йоЕосно&А-ние-у

- алимАТичесще у сломя;

УСЛОВИЯ 5КСЛДУ-АГАции;

- осоене условия.

ТЕХНОЛОГИЯ

- Рлзнеры;

- УМЫ

- Цоистронция плипг,

-НАЫи БЕТОНА ;

•спомры

■ ТРАНСРоРтисо К/ •

СТОСОРЫ локтл^у» ; ■ОМоНОАиЧиЬАНие-СУЫКОВ. \

■ ЭХС-плуа тли.№Н1 юе СЩЕРЛАНи^и ГВ&С.ЧГ.

вХСДНЫё

параметры

ПА^лштрч опгимизлзд«

именит,

- ПЦМЛОЩЯ -ЛАСТИЛ ■

-КлимАтчесые-

- грхкгоюг. осноилние

- ССОБМЕ УС/ОВ-ИЯ .

- 'РОр.ЧА ПАиУ; -РАЗМЕРЫ п/И|Г; -МАТЕРИАЛ Ы ;

- РАСЧЕТНЫЕ .чоДСлк ;

-стойКОСТЬ -Оегёл<ы рлсоГ; -СрРКИ бозае-

Рис.2. схема подели вэаимодекотнач факторов, влля&щго; на оптимальность конструктивного ротгния плиты сборного покрытия

UPUÎHAU Ь'ЗЕЛИЧИЙЧ] ТОЛЦИНЫ ПЛИТА МЛН

JOHÍíO/ID^.ulíQ ГI "у ^

'.PiííipoB/iHH-t

¿¿¡»ЛсКИД ПАЬТй. К А ГСУ И Т

6 А

ГВмьодкмиикд/'окк»<пг/

/ЙНОСТИ плит П?ЩАН/

/iibïi длине, napsf вт-/

/НА, A tHUPoBAHM H / /НоЭЧ>сР1ЩиШЕ tlOCTWY

i_ОСНОЗЛИЙЯ /

8_i_

ИЗМЕНЕНИЕ ДЛИНЫ ПЛИТЫ a-û+Âû.

ПРИЗНАК ÍHFHbÜf-

w кя толщины пииты ИЛИ АРМИРОВАНИЯ PHWb-i

Прогожгкие рио.З. T^ztZ.

Рис.3. Блок-схема алгоритма параметрической оптимизации железобетонной плиты. Лист1.

При ЕарьироЕапш классов бетона л арматуры детально исследовались прогибы плиты, загругсагмой по продольное к поперечному края« отдельных елет. Результаты расчетов свидетельствуют о слаба: елкякгш диапазона класссЕ прочности бето:;а ВЗО - 250 на прогиби штат, п оно больше проявляется при малой толщине шел: - 14 ск. Слабо влияет на прогибы изменение класса арматуры. Некоторые отличия наблюдались лаль в прогибах при загругании продольного к поперечного краев шшт и разной колесной нагрузке. Tai; прл нагрузке 90 кН нзмепзние прогиба зкшты по попорочному краю е зависимости от тодфшу составило I,6-i,9is;, в, при затру-жеЕИИ по продольному к^аю - 1,7-2,2 tsi. Пргглб^ отдельно легащих плит (бзз стыкоеых соединений) унслг-гавалесь при возрастании нагрузки до 120 кН. Оки состарили по поперечному краю ¡¿татк £ за- • еисимосги от толщины 2,IS-2,35 мм. Ери сагругэкзи по продольному краю плиты разница прогибов в зависимости ох толщины была несколько большак - от 2,3 до 2,9 ш.

Бри находцанж оптимальных геометрических характерноуик келезобе тонных плит в плане варьировались наиболее значимые факторы, Елмшие на прочность и дефор?.:атпвность конструкции: классы бетона и арматуры, а также величина колесной нагрузки. Расс-мааржватась следащис варианты геометрических размеров плит в плане: 6x2 м, 4x2,5 к, 5x3 м и другие при толзщнэх напрягаемого сечения 0,14-0,2 ы. Полученные результаты математического моделирования по алгоритму рис.3 представлэкк на рис. 4. -5.

Как следует из рассмотрения подучекннх результатов моделирования (сы.рис.4), при толщине ьацрягазыаго сечения 0,14 м (по типу плита МГ-14), захруяеняи продольного и поперечного краев плиты одашальные по прогибу размеры колеблптся в цределах (2,25-2,5)х4 ы при негрузке 90-120 кН. Напомним, что при оптимизации рассматривалась отдельно л-заацая на упругом основаны: плита бег стыковых соединений» Из рис. 4 педно, что при варьировании управляете: параметров величина прогиба для отвального ваттанга колеблется от 1.7 до 2,С к»;. Ери нглгчии сгако^пх соединений величина прогиба существенно скиталась и находилась в пределах допустимого значения.

На рис.5 приведены результаты моделирования работы плат при толщине напрягаемого сечения 0,2 к. Как и е предыдущем случае варьировались наиболее значите факторы, влияющие на кроч,-кость и дзформативкость шшты для двух случаее загрунензя: по

-1.0-

-а. г

-а. а

1.75 2 2.23 2.а 2.70 а а.<:е1.75 2 2.25 2.5 2.75 а 3.25

ипл и.

-i.tr

-с. 1

Рис.4. Оптимальные значения прогибов плит толщиной 14 см.,

разных расморов в плана (6x2; 4x2,5; 5x3) при варьировании места за^.-ружеимя (короткий или длинный край плита) .величины заг-ругкм и класса арматуры при классе прочности бетона В40:а-Р=1Я.0кН;А-П,б-Р-1?.0кН;А-1У,У, в-Р=90кК,.й-Л; Г-Рь20кМ-1У,У

!

I

Рис.5. Олткиалььыг ачачекия лрогкб?:: миг толцимой 20см_, р—зних размеров б рп^кз (5:2-<*а2а5;5;:3) при варьировании кеста заг^укеиия (кертплй клн рликий край пглтк), класса прочности беюн^ и класса арматура яри нагрузке 210:сВ: а-Б20:А-Л, 0'-ВЗО;А-1У,У, в-340;А-П,

поперечному и продольному краям.

Полученные результаты моделирования для тслцпн напрягаемого сечения 0,18 м и 0,2 м практически близки друг другу. Основное различие состоит 2 насколько меньшей разнице прогибоЕ по продольному и поперечному края?.! плиты с напрягаемых сечааиеы 0,2 и. Варьирование класса прочности бетона с ВЗО до В40 практически не сказалось на величине прогибоЕ, кгг. и на изменении класса арматурн. Б результате расчетов, представленных на. рис.5, оптимальные геометрические размеры в плане плит с напрягаемым сечениам толщиной 0,18-0,2 м находятся в пределах (3-3,25)х5 м.

Приведенные данное свидетельствуют об определенной корреляции со зьачоязяии дяне, пяйдэнезш ранаа в главе 3 по упрощенной модели. Hap-w с aniu следует отметить и должное соответствие полученных знача njiß значениям по предложенной оптимизационной модели, например соответствие толщин плит как для обычных бетонных, тгк ы дня арыобетоЕныхпокрытий. Для плит толщиной 18-20 см .оцткыальпаз дайна несколько больше, чем для плит тол-вдной 14 сы.

Следует такае омотить, что полученные размеры сборных плит подтпзрздзются большим опытом практики проектирования и строительства монолитных наармировенных бетонных покрытий аэродромов и дорог (3x4, 3x5 ы). •

Результаты оптимизационного моделирования показали таксе, что при расчзте плит сборных покрытий на прочность необходимо учитывать условия работы плиты в покрытии: характер, количество и тип стыковых соединений (эдаевые расчетные условия). Что позволяет более достоверно оценить физическую картину перераспределения усилий в шито и уточнить требуемый процент армирования ее сечения.

Определенный интерес представляют сравнительные .данные о прогибах фрагмента из четырех плит при его загружении в разных точках поверхности одной из плит: в центре, по короткой и длиной сторонам плиты и в углу плиты. Для одиночной плиты при заг-руазнии максимальные прогибы обычно наблюдаются в углу плит. Для шрашента лз чэткрэх штат, имешдая стыковые соединения в вида споб, наоборот угловые зоны обладает минимальным прогибом, а дан пакоиызльЕых прогибов характерно загрубеете по длинной сторона плиты. Промежуточное догоивние занимают случаи загругения по короткой стороне и в центре плиты. В данном случае также не

•19J

Ешшгеко влияние класса арматуры на величину прогиба. '

Детально исслгдовался 2опрос о роли количества стнконых соединений, размещенных по длинной стороне влиты. Полученные данные о прогибав: одиночно лзжащей шшты при ее зат^рунешш е центре, углу, .длинной и короткой сторонам одноколесной нагрузкой 210 кН подтвердили тот факт, что они являются недопустимым для всех случаев загружэнгя. При наличии способе: ссздинешп! в продольных и поперечных шеэх (по два стыка на стороне плитц) прогибы снизились почти е 3 раза и при толщина плитк 20 см (по типу 1!АГ-20) прогибы находятся з допустимых пределах, за исключением, пожалуй, лишь прогибов точек на длинной стороне. Дальнейшее увеличение количества стыковых соединений по длинной стороне сниаазт значение прогибов, особенно е углах плит.

В заключении главы рассмотрены некоторые актуальные вопросы долговечности сборных покрытий и ее зависимости ст гаоыотркчепгта размеров хелезобетошшх плит. Величена прогиба п,;й1т„ особенно у загруженного поперечного края, яеляотся оснозной причиной появления зазора мезду подошвой плитк и основанием, что сущестЕзнно изменяет картину надрякенного состоянм ллкт сборного покрытия. В совокупности с постоянным воздействием нзпрязекии тешературно-го коробления эти дополнительные напрляегая от изменения расчетной схемы работы шита при неравномерно;,! отгсашш на основание сказгзвагтся на долговечности работы сборного покрытия. Оцанг.з. поведения жестких покрытий с позиций системного подхода во многом определяется особенностями дейгамрс-оапий слит сборных покрытий. Поэтог.ту приведенное Eice результату г«атенатпчэс.;ого моделирования позволяют ннбрат.ь оптимальные длалевне размеры шит, при которых существенно скинается нэгатягшое влиянаб зсздейстгухщrrr. факторов и -тем са№.1 лов^иаатся надегнссть и долговечнееть работа плит сборных аэродромнчх попытай.

ОВДБ ВЫЗОЛЫ К ЗАДАЧИ далшейш: МССВДШАЙЙ

На основе выполненных: исследовавхы по разработке метода оптимизации размеров железобетонных шшт сборных аэродромных покрытий можно сделать следующие ehe оды:

I. В диссертации сформулирована и решена многокритериальная задача оптимизации геометрических размеров предварительно вепря-

ленных железобетонных шп:т сборных аэродромных покштий заводского изготоелэнпя. Главным критерием сзтпмалыюсст репеник принят критерий экономичности изготовления плит (главет: образа.1! ло стогаостл бетона и арматуры), перевозки п моптзга конструкций; одним из основных крптзриеЕ - прогиб плит в эксплуатации, во многом предопределяьпий долговечность работы сборного покрытия.

2. Два исследовании целевой функции и областа ее определения на основе сиотемного подхода установлено, что поставленная задача знбора сгттзалышх размеров плит является задачей нелинейного дискретного программирования комбинаторного типа.

3. Задача оптгшзации Е геометрических размеров железобетонных шт сборных покрытий заклинается в кахоадении такого значения вектора гдразлязшх переменных, хгря котором целевая функция у(_ IX) представлена в неявном виде задачи математического про-трзюараажч мшшахсного эша:

= »тих

Целевая функция ( представляет собой приведенные затраты, расход осноеннх материалов (бетона и аркатуры) и трудозатраты за монтаж покрытия, а такке косвенно несущ® способность ж долговечность плит с учетом деформирования грунтового основания. Область определения целевой функции задана техническими, конструктивными и ресурсными ограничениями.

4. Для решения поставленной задачи оптшшзацви обоснована математическая иодель Еыбора оптимальной конструкции плиты и ее размеров з разработана программная система, в основе которой ле-кит группа алгоритмов, позволявщчх выбирать решаете в наиболее перспектЕвной области, ограниченней комплексной целевой функцией. Такой подход к решению задачи, когда пользоЕатогю предоставляется право выбора окончательного реиеЕия е диалоговой режиме, е наибольшей стаЕ-ди отвечаем требованиям практика.

о. В процессе решения -задает оптимизации определенное внимание бязо уде»ено г.'.зтгду чкелепнего рэвэиия дал оцепкп напря^енно-дефоркмревзннохп J ос гожи а конструкции покрытия и основания. Для этих цела! обосгжало использование преграмм метода конечных разностей '' А 6В " для исследования деформирования шит а метода конечного элемента "—Р-8С" для анализа наполненного состояния покрытия и основания.

5. Црвдлскеяшй способ мшвдганцни реализовал на ПЭШ типа

■.21 '

PC/AT. Алгорзм и программы построены по модульному принципу и 1 яклнэчаыт гею анфорыацгаз, несбхо.ЦЕыуп для расчетон л выбора сп-тпмалыгаго регмнкя.

7. Разработавауметодоютия оптимизации конструктивных л пла— етроаочкнх решений шит сборных покрытий позволяет пользователи получать црябйлзмко результаты. Установлены елтяыальнне размеры илят сборных докрктий типа НАГ. Созданные программа позволяют •raxse пронодак, эксперимента с разработанной математической модель®, зарьнровать различными чкслгнншЕ характеристиками и за-епсшостяг.'л меаду переменными в задачах г котут быть иснольоо-ванн для научшх исследований.

В. Прэдяатазмый кзтод оптимизаций нелезобзтоюшх ллат сборных покрытий ¿'угдается з дальнайлем развитии и соЕарщ?яствоза-Ш1И. .К чисду первоочередных задач, по мнение автора диссертационной работ, откосятся более полный учет в кодзла роли стжо-екх соединений, их количества и онешзлъког'э размап-ешЕя н£ шгктв; оптимизация формы контахтирудаей с грунгоц (особенно на слабых основаниях) поверхности, использование дисперсного оршгревалия и другие вопросы.