автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Разработка системы рационального конструирования и расчета силовых строительных каркасов блочно-комплектных устройств

'у, г> _г/

ГОССТРОЙ СССР Ордена Трудового Красного Знамени ,,

Центральный научно-исследовательский ^

и проектно-экспериментальный институт комплексных проблем строительных конструкций и сооружений им. В. А. Кучеренко (ЦНИИСК им. Кучеренко)

СЕ НЦО В

Юрий Константинович

УДК 624.014:(681.3:658.012.011.56+622.276.012:69.057.124|

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ РАЦИОНАЛЬНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА СИЛОВЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КАРКАСОВ БЛОЧНО-КОМПЛЕКТНЫХ УСТРОЙСТВ

Специальность 05.23.01 — Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1989

Рябеть выполнена в Государственной научно-исследовательском и прввктнем каетнтуте нефтяной и газовой промышленности имени В.И. Мурявмвхо С ГИПРОТГМШЯЯТЕГАЗ) НИН НО^-Ги ГА 3 ,7/збН

Офюделыше оппекмты: д.т.н. ,ст.науч.сотр.Топчиев В.Д.

д.т.н.,проф.Трофимов В.И. д.т.н.,ст.науч.сотр.московцев А.Г.

В еду воя органиаци: цШШроектстальконструкция им.Мельникова

Зящхта состоится "_и_1980 г. в _час. на

заоодаввх опвшмшннроганного совета Л 033.04.01 по защите диссертаций ва соискание ученой степени доктора технических наук при Одаеш Трудового Краевого Знамени Центральном научно-исследовательском в преектио-экспериментальном институте комплексных проблем строктслькмх конструкций и сооружений им. В.А.Кучеренко по специ-алыюотв 05.23.01 - Строительные конструкции, по адресу: Москва, 109389, 2-я Институтская ул., д. б.

С дмоеертацкей можно ознакомиться в библиотеке института.

¿»•реферат разослан "_"_1989 г.

Ученый секретарь опецкалнвнрованного совета, каядхдат технических наук

С.А.Воробьева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Высокие темпы развития нефтяной и газовой промышленности в необжитых районах Западной Сибири сегодня можно достичь только за счет дальнейшего повышения уровня индустриальное™ строительного производства путем разработки, применения прогрессивных конструкций повышенной заводской готовности, увеличения выпуска комплектных зданий и сооружений различного назначения.

В этих условиях весьма важным является расширение автоматизации проектно-конструкторскнх и научно-исследовательских работ с применением ЭВМ, осуществление проектирования строительных конструк ций с учетом максимального использования прочности металла и реальных условий эксплуатации этих конструкций, что отмечено в ряде правительственных Постановлений.

Актуальность проблемы определяется:

- увеличением объемов комплектно-блочного строительства при обустройстве северных месторождений Западной Сибири и массовым переходом от блоков железнодорожного габарита массой 20-25 т к суперблокам массой до 1300 т и более для удаленных районов с неразвита! материально-технической базой и сложными инженерно-геологически» условиями;

- «адачами технического прогресса в области строительства комп-лектио-йлочных устройств (КБУ) повышенной массы, снижения материалоемкости, стоимости и сокращения трудовых затрат при сооружении технологических объектов обустройства;

- задачами технического прогресса в области транспортирования тяжелых суперблоков КБУ, повышения их грузоподъемности, экологической чистоты;

- практической значимость!) разработки методов комплексного ав-

томатиэированного расчета и проектирования силовых каркасов КБУ с учетом реальных условий их транспортирования и эксплуатации, максимального использования прочности металла.

Внедрение крупнообъемных блоков полной заводской готовности позволит:

- в 3 раза повысить производительности труда;

- на 20^ снизить себестоимость строительства;

- в 3 раза уменьшить затраты строительства на монтаже;

- в 9 раз сократить металлоемкость объектов;

- перевести 95$ объема строительно-монтажных и пуско-наладоч-ных работ в заводские условия;

сократить общую численность работающих на 30-3

В этой связи весьма актуальной является задача разработки оптимальных силовых каркасов КБУ с учетом реальных условий их эксплуатации, отвечающих требованиям надежности, технологичности, экономичности, максимального использования прочности металла. Эта задача может быть решена с разработкой методик комплексного автоматизированного расчета и проектирования силовых каркасов КБУ с учетом реальных условий их жизнедеятельности, то есть транспортирования и эксплуатации при выполнении в едином комплексе расчетов на статику, динамику, устойчивость с доведением расчетов до получения оптимальных профилей элементов конструкций как надстройки, так и основания. Разработка комплексного автоматизированного расчета силовых конструкций КБУ с решением обратной задачи строительг-ной механики представляет актуальную проблему, решение которой позволит проектировщикам КБУ принимать более обоснованный вариант силового каркаса КБУ, обеспечивающий как индустриальность изготовления объекта в блочно-комплектном исполнении, его силовое агрегатирование, транспортабельность, так и снижение материалоемкости и трудоемкости монтажа на площадке эксплуатации.

Анализ известных программ свидетельствует, что на сегодня еще отсутствует такая специализированная программная система, которая выполняла бы в комплексе необходимый проектировщику автоматизированный расчет с учетом реальных условий транспортирования и эксплуатации технологических объектов КБУ с решением обратной задачи строительной механики для металлических конструкций.

Решению этих вопросов и посвящена тема реферируемой диссертационной работы, которая выполнялась в рамках "Межведомственной целевой научно-технической программы дальнейшего до 1985 г. развития комлектно-блочного строительства объектов нефтяной и газовой про-кывленности" и "Плана технического развития отрасли на период до 1990 года и на 1981-1965 годы по проблеме нефтепромыслового строительства", разработанных в соответствие с Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР * 695 от 12,07.79, а также в соответствие с Общесоюзной научно-технической программой Госкомитета по науке и технике 0,51 "Сооружение объектов нефтегазового комплекса" (утв. 30.10.85 г., * 555), подпрограммой 0.04.04 "Разработать и внедрить прогрессивные технологии и технические средства комплектно-блочного метода сооружения наземных объектов нефтяной и газовой промышленности", п. 03.13.С "Создать и освоить в строительстве строительные конструкции технологических блоков массой до 1300 тонн", комплексной программой "Нефть и газ Западной Сибири" (утв. 15.12.81 г., * 599).

Цель работы замечается в разработке системы комлексного автоматизированного расчета и проектирования оптимальных пространственных стержневых конструкций блочно-комплектных устройств с реализацией их в программной системе, обеспечивающих создание агрегатировании* силовых каркасов КБУ с учетом реальных условий строительства, транспортирования и эксплуатации, отвечающих требованиям высокой надежности, технологичности и индустриальности при максимальном использовании прочности металла конструкций.

Основные задачи исследования. I. Определение основных факторов, предопределяющих особенности строительства, транспортирования и эксплуатации КБУ при обустройстве нефтяных и газовых местороадекий в сложных условиях Западной Сибири, влиявших на оптимальное проек -тирование силовых каркасов КБУ, экономив материальных и трудовых ресурсов; 2. Разработка новой базы для создания комплексного автоматизированного расчета и проектирования силовых каркасов КБУ технологических объектов обустройства, учитывающей специфику отрасли:

- методики комплексного расчета сооружения на прочность с учетом продольного изгиба и современных требований, основанной на чередовании расчетных схем (СЧРС) в одной задаче как при определении внутренних усилий в элементах, так и при определении расчетных длин элементов, площади сечений и профили которых определяются

по сформированному банку данных при одновременной оптимизации;

- новой модели конечного элемента - универсального полиэлемента, обеспечивающего комплексный совместный автоматизированный расчет на прочность и устойчивость, учет любых граничных условий;

- методики комплексного расчета на статику и динамику с учетом диссипативных сил в резонансной зоне на полном спектре частот в новой форме метода сил с автоматическим формированием и редуцированием соответствующей матрицы перемещений;

- методики учета экстремальных усилий и соответствующих сечений элементов каркаса КБУ при транспортировании и автоматизированного выбора оптимальных условий фундирования;

- методики учета работы обшивы КБУ в силовом каркасе и ее стержневой аппроксимации;

- методики автоматизированной оптимизации по массе силового каркаса КБУ при сочетании направленного сканирования с ранжированием, редуцированием, усечением и членением множества поиска (нелинейного, невыпуклого, дискретного, многоэкстремального) с учетом полного вектора требований;

- методики комплексного автоматизированного расчета композита "надстройка-свайное основание" в единой задаче по двум упругим характеристикам - модулю упругости и коэффициенту постели для пространственных систем с определением оптимального варианта как свайного основания по условиям фундирования, так и силового каркаса надстройки;

- методики автоматизированного расчета плоской задачи теории упругости при стержневой аппроксимации тела любой формы и любыми граничными условиями.

3. Разработка и реализация принципов проектирования силовых каркасов технологических объектов КБУ, обеспечивающих силовое агрегатирование сооружения» транспортабельность, индустриальное» при одновременном снижении материалоемкости объекта и трудоемкости его монтажа на плоиадке эксплуатации.

4. Предложение эффективных (экологически чистых) транспортних средств повыиенной грузоподъемности для передвижения объектов обустройства в суперблочном исполнении.

5. Реализация разработанных методик, моделей к аппроксимаций в программной системе комплексного расчета на ЭВМ силовых каркасов КБУ с учетом реальных условий их существования.

Научная иожизна. Результаты исследований развивает теорию и практику, проектирования и эксплуатации силовых строительных каркасов КБУ..На основе анализа известных методов расчета и конструирования силовых каркасов КБУ, программ по их. расчету,доказана необходимость выполнения комплексного автоматизированного расчета силовых конструкций КБУ для обеспечения надежности сооружения, снижения его материалоемкости, а также трудоемкости проектирования.

Разработана новая теоретическая база для создания комплексного автоматизированного расчета и проектирования силовых каркасов КБУ технологических оьъектов обустройства:

- разработана новая методика комплексного расчета сооружения на прочность с учетом продольного изгиба и современных требований, основанная на чередовании расчетных схем в одной задаче как при определении внутренних усилий в элементах, так и при определении расчетных длин элементов, площади сечений и профили которых определяются по сформированному банку данных при одновременной оптимизации;

- предложена новая модель конечного элемента - универсальный полиэлемент, обеспечивающий комплексный совместный автоматизированный расчет на прочность с устойчивостью и учет любых граничных условий;

- разработана методика комплексного расчета на статику и динамику с учетом диссипативных сил в резонансной зоне на полном спектре частот в новой форме метода сил с автоматическим формированием

и редуцированием соответствующей матрицы перемещений;

- разработана методика учета экстремальных усилий и соответствующих сечений элементов каркаса КБУ при транспортировании и автоматизированного выбора оптимальных условий фундирования;

- предложена методика учета работы обшивы КБУ в силовом каркасе и ее стержневой аппроксимации;

- разработана методика автоматизированной оптимизации по массе силового каркаса КБУ при сочетании направленного сканирования с ранжированием, редуцированием, усечением и членением сложного множества поиска (нелинейного, невыпуклого, дискретного, многоэкстремального) с учетом полного вектора требований;

- предложена новая методика комплексного автоматизированного расчета композита "надстройка-свайное основание" в единой задаче по двум упругим характеристикам - модулю упругости и коэффициенту постели для пространственных систем с определением оптимального варианта как свайного основания, так и силового каркаса надстройки.

Разработаны принципа проектирования рациональных силовых каркасов технологических объектов КБУ, обеспечивающие силовое агрегатирование сооружения, транспортабельность, индустриальность при одновременном снижении материалоемкости объекта и трудоемкости его монтажа на площадке эксплуатации. Предложенные принципы использованы в конструктивных реиениях объемных блоков промышленных сооружений, в частности, в сборно-разборном промышленном сооружении (положительное реаение ВНИИГПЭ по заявке * 4228839/29-33).

На базе предложенных автором методик, моделей и аппроксимаций разработана специализированная программная система комплексного автоматизированного расчета пространственных стержневых металлических каркасов КБУ (SPACE - PAIE) с учетом особенностей их строительства, транспортирования и эксплуатации в регионеt комплексно охватывающего решение широкого класса задач механики твердого деформируемого тела (статика, динамика, устойчивость, оптимизация, поливариантность граничных условий как сооружения, так и конечного полиэлемента), обеспечивающая комплексность расчетов на ЭВМ, снижающая их трудоемкость как в период подготовки задания, так и при анализе полученных результатов расчета в виду устранения обычной необозримости результирующей информации (ведущей при обработке к ошибкам) и выдаче на печать либо уже проанализированных экстремальных усилий в элементах, оптимальных вариантов фундирования, либо оптимальных профилей элементов, что позволяет создавать несу« щие силовые каркасы КБУ экономичными с максимальным использованием прочности металла, надежными и технологичными.

Предложены принципиально новые конструкции транспортных средств для перевозки крупногабаритных тяжеловесных блоков (авт. свид. К 1372787, * 1432927).

Практическая ценность. Разработана специализированна* программная система расчета силовых каркасов КБУ (в металле) о учетом от-

раслевых особенностей, включающая управление расчетом, комплексность Сто есть комплексный расчет на статику, динамику, устойчивое» о полным вектором современных требований), оптимизацию на сложном множестве при произвольных ограничениях, расчет К£У в условиях транспортирования и эксплуатации, что позволяет создавать оптимальные - экономичные и надежные силовые конструкции технологических об объектов обустройства в блочно-комплектиом исполнении. Программная система SPACE82 принята в МОФАП АСС в 1983 г., имеет номер госрегист рации в ВНТИЦентре П006686.

Разработаны эффективные технические ренения силовых каркасов КБУ, обеспечивающие силовое агрегатирование, мобильность при одновременном снижении металлоемкости и трудоемкости монтажа на плоцад-ке эксплуатации, максимально используюцие прочность металла конетрук ции.

Предложены эффективные транспортные средства (ведомое, самоходное, вездеходное) для передвижения тяжелых суперблоков, обеспечивающие существенное снижение тяговых усилий, удельного давления на грунт, сохранение растительного покрова тундры при освоении северных нефтяных и газовых месторождений.

Результаты диссертационной работы нашли широкое применение в практике проектирования Гипротюменнефтегаза. Под руководством и непосредственном участии диссертанта разработаны, рассчитаны по программной системе SPACE-PAIE и запроектированы строительные конструкции нефтепромысловых объектов в суперблочном исполнении полной заводской готовности с транспортированием их к местам эксплуатации наплаву по рекам и волоком по суше ОСНС, ДНС, компрессорные станции и др.). Часть суперблоков построена и успешно эксплуатируется на нефтяных месторождениях Западной Сибири.

Суммарный годовой экономический эффект от объема внедрения толь ко по производственному объединению "Сибкомплектмонтаж" составил 3030,7 тыс. руб.

Апробация работа. Основные результаты диссертационной работы и диссертационная работа в целом были доложены и обсуждались на научно-исследовательских семинарах кафедр: строительной механики МИСИ (выездная сессия, ТюмИСИ, февраль 1983), сопротивления Mateриалов и расчета на прочность Университета Дружбы народов им. П.Лумумбн (выездная сессия, ТюмИСИ, февраль 1983), сопротивления материалов Тюменского индустриального института им. Ленинского комсомола (Тюмень, декабрь 1982), научно-технических конференциях Гипротюменнефтегаза (Тюмень, 1981, 1982), Всесоюзной научно-практической конференции "Развитие Тюменского нефтегазового комплекса на период до 2СС0 года. Проблемы и пути решения."(Тюмень, октябрь 1983), Всесоюзной школе-семинаре передового опыта по разработке и внедрению комплектно-блочного метода строительства (Тюмень, 4-7 декабря 1984), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы совершенствования системы управления проектированием, разработки и внедрения новых эффективных технических решений в проектировании и строительстве промышленных зданий и сооружений" (Тюмень, 3-5 октября 1984), научно-практической конференции "Проблемы совершенствования проектно-сметного дела, повышения технико-экономической эффективности проектов в свете решения ХХУП съезда КПСС" (Тюмень, 2-3 декабря 1985); объединенном научно-исследовательском семинаре кафедр строительной механики, теоретической механики и сопротивления материалов ЛИСИ (Ленинград, декабрь 1985) и др., вошли во Всесоюзный *онд алгоритмов и программ в отрасли строительство ¡л прошли эксплуатационную проверку и апробацию в течение ряда лет.

Публикации. .1о материалам диссертации опубликована 21 печатная работа, в том числе одна монография, получено 14 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения,

семи глав, общих выводов, библиографии и приложений. Диссертация содержит 2%С страниц машинописного текста, 5 таблиц, 48 рисунков. Список использованной литературы включает 256 наименований, в том числе 1С на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснование актуальности и важности для народного хозяйства, особенно для нефте-газодобываюиих районов сападной Сибири, разработки и внедрения эффективных технических решений объектов обустройства в комплектно-блочном исполг- ши, их рациональных силовых каркасов, системы комплексного г ;ма-тизированного расчета и проектирования пространственна •5;рж-невых конструкций КБУ с учетом реальных условий их транспортирования и эксплуатации, обеспечивающих оптимальный расход материалов, индустриальность изготовления, его силовое агрегатирование, транспортабельность, снижение материалоемкости и трудоемкости монтажа на площадке эксплуатации.

Отмечен важный вклад в теорию и практику разработки КЬУ специалистами ЦНШСК, МИНГ, СибНИПИгазстроя, Сибкомплектмонтажа, Гипротюменнефтегаза и других организаций Миннефтегазстроя, Министерств нефтяной и газовой промышленности: Ю.И.Баталина, В.М. Горпинченко, Я.М.Кагана, С.Я.Куриц, Б.Е.Огородного, В;Н,Перми-кина, Г.А.Расторгуева, Ю.В.Санникова, М.Г.Тайгувева и других.

Кратко отмечены работы, имеющие отношение к теме исследования в области стержневой аппроксимации упругих систем и автоматизированного расчета конструкций представителей советской школы: академика А.Н. Динника, А.f. Смирнова, Ь.М. Жемочкина, Н.С. Стрелецкого, Е.И. Беленя, A.C. Вольмира, И.И. Гольденбдата, Г.Ю. Джанелидзе, К.С. Зверева, Б.Г. Коренева, О.В. Лужина, Я.Г.

Пановко, 1С.А. Радцига, А.Р. Ржаницына, Н.Н.Складнева, Е.С. Сорокина, Е. Тесера,,В.И. Трофимова, А.П.Чижова, А.И. Чючелиса, A.B. Александрова, В.А. Постнова, A.A. Ильюшина, В.В. Новожилова, А.П. Синицына, П.f. Папковича, И.П. Прокофьева, и зарубежник школ: Дж. Т. Одена, S. Apopa, 0. Зенкевича, Р. Клафа, М. Базара, Е. Вилсона, К.И. Мажида, Э. Хога, Г. Стренга, К. Бате, J!. Сегерлинда, Дж. Аргироса и др.

Исследована основные факторы, предопределявшие особенности строительства, транспортирования и эксплуатации КБУ при обустройстве нефтяных и газовых месторождений Западной Сибири, влияющие на оптимальное проектирование, материальные и трудовые затрата.

Сформулированы цель работы и задачи исследования по разработке комплексного автоматизированного расчета и оптимального проектирования пространственных силовых каркасов КБУ.

В первой главе "Краткий обзор автоматизированных расчетов силовых строительных систем методами строительной механики при стержневой аппроксимации"- приведен аналитический обзор существующих принципов конструирования, теоретических и экспериментальных исследований, посвященных стержневой аппроксимации силовых систем применительно к расчетам на ЭВМ. Выполнен анализ современных методов расчета пространственных силовых каркасов КБУ, программ по расчету пространственных металлических конструкций,определены требования и пути разработки комплексного автоматизированного расчета и оптимального проектирования конструкций КБУ.

Анализ состояния проектных и научно-исследовательских разработок (отечественных и зарубежных) показал новизну и актуальность решения поставленных задач по комплексному автоматизированному расчету и проектированию пространственных строительных конструкций К£У. На сегодня еще отсутствует специализированная

программная система, которая выполняла бы в комплексе необходимый проектировщику автоматизированный расчет с учетом реальных условий транспортирования и эксплуатации технологических объектов КБУ с решением обратной задачи строительной механики для металлических конотрукций.

На основании выполненного анализа определены основные направления исследований и разработки рациональных силовых стержневых систем КБУ:

1. Создание специализированной программной системы расчетов силовых каркасов КБУ с учетом отраслевых особенностей.

2. Разработка перспективных строительных конструкций КБУ, обеспечивавших агрегатирование единой силовой системы сооружения из силовых каркасов отдельных модулей с максимальным использованием прочности металла; силовых каркасов КБУ индустриального изготовления с регулятором частот собственных колебаний для восприятия гармонических динамических нагрузок; силовых каркасов КБУ, обеспе-чивавких минимальный местный отпор при транспортировании.

3. Предложение перспективных транспортных средств для передвижения тяжеловесных суперблоков экологически безопасных для северных районов Западной Сибири.

Во второй главе - "Особенности формирования глобальной матрицы жесткости (ГШ) для конструкций КБУ, аппроксимируемых стержне-вши системами"- больное внимание уделено такому основополагающему фактору как формирование ГМЖ для учета особенностей комплексного автоматизированного расчета и проектирования силовых каркасов КБУ в условиях реального их существования.

Для этих целей разработана новая модель конечного элемента -универсальный полиэлемент, показанный на рис. I. Полиэлемент представляет собой стераень, состояний из трех участков: среднего -стержня заданной (определяемой в процессе расчета) жесткостью, и

К-Л

1«Ч 151

17 Г^н

>€2

5 II

а)

6)

Рио.1. Геометрическая и расчетная схемы полиолемента

3 Э 1 -2

4 -Ю 1 2

5 1

-10 6 -1

9 7 -1

8 -1

5 -9 -1 -2

4 10 -1 2

5 -1

Ахх 10 6 А« 1

-Э 7 1

8 1

-1 1

-1 1

-1 1 и»

-2 1 -2 -1

2 1 2 -1

1 -1

1 А

1 -А

1

-1

-1

-1

-1 В

-1 -В

-1

1

1

1

2 3 4 5 6 7 8 Э 10

Ь 2ЕЗ, 24ЕЭ1 1* 24ЕЭ1 1. 2ЕГ 1 2ЕЭ, 1. 2ЕЭ5 Ь 2вЗкр I2 8Е]} I2 8ЕЗ|

_в)_

Ь)

где А-И^);

Рис.2. Матрица единичных реакций полиэлемента Е> и эквивалентных перемещений Р точек I и 3 полиэлемента смешанного метода сил и перемещений (а, б);3начения индексов в матрице Ъ.

коЕцевих хестккх вставок. При этом бесконечно жесткие вставки при-мыкаот к средней части произвольным образом, что позволяет охватить более 200 развоебразных расчетных схем элемента.

Обычно составляем уравнения равновесия в форме метода переме-яеяий Е2» Р=0 . При этом для матрицы жесткостей 12 коэффициенты жеоткостеВ от единичных перемевений формируются на основании храня-вейся я памяти ЭВМ матрицы единичных реакций от единичных перемещений. Хранить в памяти ЭВМ множество таких матриц нереально (требуется больиой объем памяти). Поэтому в каждом конкретном случае матрица жесткости элемента вычисляется на основе решения подсистемы из 18 уравнений для каждого стержня. Лучии* способом решения оказался оневвияый метод строительной механики. За неизвестные приняты реакции в разорванных связях в местах прикрепления концов стержня к жестким вставкам и перемекения точки, лежащей посередине стержня. Используя этот метод, определяем коэффициенты единичных реакций и единичных перемещений, которые образуют четыре блока матрицы жесткости полиэлемента

определяемых в основной системе от единичных усилий X;. в разорванных связях по концам стержня; АХ1~ то же от единичных перемещений ^¡.в середине стержня;

реакции в дополнительных связях основной системы от единичных сил Х^ ; р - то же от единичных перемещений.

Например, дадим точке Н линейное перемещение на I вдоль оси Ш, тогда точка I тоже переместится на эту же величину, что отражено в строке 3 матрицы Р на рис.2. При угловом перемещении дополнительно учитываем линейное перемещение +А, +В. Неизвестные в уравнениии

I

где А„ - перемещения по направлении лиаших неизвестных У^

йй = Р равны реакциям в т. I и 3 полиэлемента от заданных единичных перемещений в т. Н и К. Учет направления перемещений приводит их к реакциям в т. Н и К: й.н ^ -

Разработанный комплексный автоматизированный расчет позголя-ет решить задачу многовариантного опирания сооружения с позиций обратной задачи.строительной механики. Зсе требуемые для этого решения выполняются в одном задании с одновременным анализом каждого результата, освобождавшим пользователя от анализа необозримого промежуточного потока чисел. Для этого задают граф возможных опираний. В соответствие с ним корректируется однажды созданная матрица жесткости системы. Выполняя расчет по специально разработанным программам, получаем рекомендуемый оптимальный вариант опирания.

3 случае динамических нагружений для определения спектра частот и форм колебаний решает уравнения детерминанта СЙ]-0 где амплитудные значения реакций от единичных гармонических колебаний определяется по формулам С - гп и)г) ; к-ГГ^; аналогично задачам статики. Для сокращения порядка системы п. предложено редуцировать детерминант метода перемещений в детерминант метода сил А* . Редуцирование выполняется решением уравнений метода перемещений для исходной схемы от единичных перемещений по направлениям всех степеней свободы узлов, где сосредоточены массовые нагрузки. На основании этих результатов формируется вековое уравнение в форме метода сил. Полученный спектр собственных частот и заданная частота вынужденных колебаний учитываются для определения инерционных в формируемых уравнениях движения от действия гармонических нагрузок. Порядок детерминанта А составляет составляет 20-30$ порядка П. , что существенно экономит оперативную память и облегчает применение методов вращений. Недиагональные единичные перемещения определяем методом перемещений,

диагональные по формуле 6В|)- Кго.иЙ.

Лля учета дисскпативных сил в резонансной зоне и определения инерционных сил сформированы новые уравнения движения в форме метода сил

О, Чл♦•■■♦и*+ ¿А^ и, Чл - о.

где О т,о)г) - сг/(тпи>1); №- С± ; I' О ;

иТ - частота собственных колебаний;

р - амплитудное значение динамической гармонической нагрузки;

га - масса;

- коэффициент неупругого сопротивления материалов.

Определение инерционных сил в комплексном расчете на статику и динамику позволило решить обратную задачу строительной механики с учетом полного вектора требований.

Весьма важной задачей при расчете силовой стержневой системы является автоматизированное получение расчетных длин сжатых элементов. В этом случае каждый конструктивный элемент представляем единым как для статического расчета, так и для расчета на устойчивость универсальным полиэлементом. Это обеспечило преемственность расчета в вопросах статики и устойчивости. При расчете на устойчивость коэффициенты 6£к , Г\ ^ матрицы 1) (статика) становятся нелинейно зависящими от внешних воздействий и жесткости каждого элемента, поэтому в процессе комплексного автоматизированного расчета необходима соответствующая корректировка уравнений смешанного метода для каждого элемента. Продольный изгиб учитывается домножением единичных жесткостей (по рис. 2) на трансцендентные коэффициенты

устойчивости „ *

где ветчина \Г определяется по формуле ^ = кУ-ЦЦ^А

НО) ' ЕЗцп)

в которой 1ч - длина элемента;

Я - продольная сила в элементе;

изги<*ная жесткость элемента в соответствующих осях;

Л - параметр продольных сил, обвий для всей системы, найденный на отрезке [0, В этой же главе дано решение задачи Ляме теории упругости для однородного упругого тела симметричной задачи в комплексном автоматизированном расчете. Комплексный автоматизированный процесс расчета позволяет реиить такую задачу численным методом и для несимметричного плоского тела. В главе показаны особенности, возникающие при формировании ГМЖ в этом случае и их учет. Здесь предложены способы разбиения континуальной несимметричной пластины, основанные на предпосылках эквивалентности, изложенных А.Р.Рса-ницыным, необходимые для расчета перспективных структурных каркасов КБУ и различного вида континуальных ограждений. Применяя при этом дополнительно жесткие или упругие связи, разширяем границы решаемых задач.

В этой же главе показаны способы учета особенностей формирования ГМЖ для реализации задач оптимизации. При этом с позиций математической оптимизации задача является многокритериальной, многоэкотремальной, причем множество поиска нелинейно, невыпукло, дискретно, нелинейны также функции ограничений и уравнения связи. Главной особенностью при'составлении ГМЖ для такой задачи является необходимость направленной корректировки матрицы жесткости в итерационном процессе до тех пор, пока результат последующего счета не будет в границах д0ПуСка в сравнении с результатами

предыдущего счета, что и реализовано в программной системе.

Третья. Г Л*»« дшосертации - "Комплексное автоматизированное управление расчетом (КИПР) силовых систем новых н перспективных ооодоеин* КВТ" - посвящена новым теоретическим разработкам, необходимым для решения поставленных задач расчета н проектирования евлозых каркаоов КБУ с обеспеченней максимального использования прочности материала (служащих базой для создания новой специализированной программной система): I. Реиение обратной задачи строительной механики модернизированным методом направленного сканирования в сочетании с ранжированием, редуцированием, усечением и членением множества поиска при полном векторе условий (ограничений). 2. Расширение динамической задачи на весь спектр собственных частот и инерционных сил, включая диссипативные силы для резонансной зоны. 3, Новая модель комплексного расчета, обеспечивавшая реиение задачи определения как внутренних усилий, так и расчетных длин элементов, необходимая для выполнения оптимизации силового каркаса КБУ по массе (стоимости). Учет экстремальных усилий и соответствующих сечений элементов каркаса КБУ при транспортировании и автоматизированный выбор оптимальных условий фундирования. 5. Решение задачи учета конструктивной нелинейности в элементах и других типов конструкций со своими особенностями.

В кавдом случае требуется найти площади сечений всех элементов - вектор Р, который обеспечивает минимум объема силовой конструкции (например, фермы)

С(Р*) = ттС(Р) ;

1*| _

В'1.Р:тйхб','-Ч(5']«0; Р£0мС1р; 1м,п.} ,

где Р - управляющий параметр, ограниченный сортаментом (банком данных пользователя)

где ^(Р) - Функция к-го ограничения.

В рассматриваемом случае анализ методов показал, что наиболее целесообразна модернизация поискового метода с направленным сканированием при ранжировании, редуцировании, усечении и членении множества поиска. Решение задачи обеспечено КАУПР, разработанным для программной системы. Отметим особенности, учтенные в КАУПР.

Банк данных (множество поиска) формируется в строго определенном "характеристическом" смысле с упорядочением ведущего параметра. Для учета неформализуемых условий множество поиска под задачу формируется автоматически с отбрасыванием элементов с характеристиками ниже нижних конструктивных требований и элементов, отсутствующих у заказчика под эту задачу с учетом оптимизации формы профилей, группировки элементов и унификации их в силовом каркасе, включая требования не только конструктора, но и архитектора.

Расчет ведется итерационно до требуемой заданием точности. Практически достаточно не более четырех итераций. В случае, если не удается выбрать требуемой характеристики для ранжирования множества поиска (банка данных), то определяем доверительные границы поиска- окрестность 1-го найденного максимума - например, три-четыре профиля. В этом случае счет каждый раз охватывает дополнительно + 4 профиля на множестве и выбирает .из него профиль, способный нести требуемую, например, сжимающую силу и имеющий наименьшую площадь поперечного сечения. Благодаря таким принципам решена задача в случае нелинейного ведущего параметра.

Здесь же показано решение новой задачи оптимизации фундирования сооружения в случае воздействия гармоничгской динамической нагрузки. Процесс решения задачи сводится к "уходу" от резонанса посредством управляемого графа опираний (способом "зануления" соответствующих элементов ГМ1 при комплексном расчете).

В динамической задаче учтен более сложный вектор ограничений,

так как необходимо удовлетворить санитарно-гигиеническим нормам, технологическим требованиям с одновременным учетом векторов инерционных сил. Необходимо определить для этого спектры собственных частот, инерционных сил, перемещений, скоростей и ускорений собственных колебаний в соответствующих частях блока (конструкции). Сначала выполняется расчет на статические воздействия. Определяются коэффициенты б,, . Затем выполняется расчет непосредственно на динамические нагрузки с определением спектра собственных частот, векторов перемещений, скоростей, ускорений колебаний и инерционных сил. После этого осуществляем проверку соблюдения санитарно-гигиенических норм и технологических требований. Определяем требуемые поперечные сечения элементов с учетом статических и инерционных воздействий. Затем с помощью блока управления добиваемся удовлетворения допускам и получаем окончательный управляющий вектор Р (площадей).

Здесь же показаны достоинства разработанной новой модели совместного расчета сооружения на прочность и устойчивость с учетом всех требований науки и практики, основанной на системе чередования расчетных схем (рис.' 3), их преемственности в единой задаче как при определении внутренних усилий в элементах конструкции, так и при определении расчетных длин элементов, сечение и тип которых определяются по сформированному (корректируемому) банку данных при одновременной оптимизации.

Новая предложенная автором модель расчета помимо обеспечения преемственности расчетных схем, позволяющего автоматизированно выполнять чередование их в процессе расчета, позволяет также заменять часть системы, состоящей из элементов с известными гиб-костями, одним "жестким" элементом (не связью); устранять лишние вставки,возникающие в процессе преобразования силовой (расчетной)

I II I I [ I I I I I I I I I . I I I I и I I I ГТ1

ь

1 Г" —1 -

V

710 13 118 ЭТ 242?

10 13 35

б'-О

37

18 21 24 21

17 33

кг =р

34

1й(*)1*о-»а - ^с) г. -р - ссх*) --ор1С(А)

6 1

10

Л"-с

ЦТ

6 т

9

ттт

))

Рио. 3. Система чередования расчетных схем.

а) схема поперечника, основная система;

б) расчетная схема для расчета на прочность (" <3 "-схема);

в) расчетная схема для расчета на устойчивость (" .X "-схема)

схемы (СЧРС); автоматически учитывать поправочные коэффициенты при редуцировании только для тех элементов, для которых это целесообразно; предельно снижать порядок матрицы жесткости системы при СЧРС.

В этом случае для каждого элемента формируется свое уравнение метода перемещений ЭХ + Р-О , затем вычисляются соответствующие "единичные" трансцендентные коэффициенты, зависящие от жесткости элемента и действующей на него нагрузки. Структура матриц В и Р представлена на рис.2. При этом матрица жесткостн-переме-щений 15 " € "-схемы (рис. Эб) редуцируется в соответствующую матрицу " "-схемы для расчета на устойчивость (рис. Зв).

Сформированная таким образом матрица факторизуется либо методом вращений, либо итерационным методом.

Расчет на устойчивость производится для каждой системы продольных сил. Задача сводится к тому, чтобы найти критически* параметр нагрузки, при котором система теряет устойчивость. Реиаем уравнение 1*051 =0, где & - матрица жесткости системы;

Л - общий для всех стержней системы в&р>д..:тр продольных окл.

В задачах устойчивости строительных конструкций представляет интерес только н&кменькее значение Л . Для каждой системы продольных см определяем X , общий для всей оистемн. Он находится на отрезке С О ,ХП1>ЕА1, где

Г4ГвЕЛ£]

^П>еа= т1п-("ТГ17г} пр* 1" 2' 3 — ^ '

где >); - продольная сила в элементе I .

ЕЗ- - нагибная жесткость;

ЬI - длена элемента I.

Процесс вводится к тому, чтобы найти критическое вваченне па-

ракета X , при которой на главной диагонали фахторнэоваииой матрицы есть хотя бы один отрицательный член, что является достаточ-признаком неустойчивости системы. После определения критического значения X , для каждого элемента определяется расчетная длина

по формуле: --»

* >' Е ш.п

где Е1- изгибная жесткость элемента I в соответствуя»« местшх осях;

продольная сила, действувщая в ¿-ом элементе.

После определения раачетных длин осуиествлистсд подбор оптимального сечения с учетом устойчивости каждого элемент«. Тим модель позволяет существенно экономить онератпнув памп, иреяя счета ЦПУ и учесть перемещения узлов.системы.

Учет предельных состояний по деформациям, устойчивости и треаиностойкости реализуется с помоцьи коэффициенте» долевого участия. Так, для ферм коэффициент долевого участия равен:

о 4 ИСР-ЛН ■ *>срйи _ .

Ы е^ Е.* )

В этой же главе представлен КАУПР с выбором оптимально! валовой системы объекта из условий его фундирования, транспортир» вания. Помимо того, рассмотрен КАУПР для конструктивно нелинейной задачи строительной механики.

На базе предложенных новых моделей расчета традиционных и перспективных прогрессивных силовых каркасов КЕУ разработана программная система комплексного автоматизированного раочета силовых каркасов КБУ с обеспечением их оптимизации, учетом реальных условий транспортирования и эксплуатации, что представляет широкие возможности для их рационального проектирования.

Четвертая глава - "Оптимизация сооружений (по массе) со свайным основанием при стержневой аппроксимации" - посвящена разработке теоретических предпосылок для программной системы, позволяющих автоматизировать расчет сооружения совместно со свайным основанием. Разработан ряд новшеств для углубления степени расчета, достижения повыиенной достоверности результатов, сокращения времени счета.

Аппроксимируется свая (подземная часть куста) на глубину I9B (В- ширина сваи в направлении перпендикулярном ее перемещению). При этом влияние силового потока, например, при горизонтальной нагрузке практически погашается уже до глубины ICB. В 20 точках % по глубине забивки сваи определяем все внутренние силовые и дефор-мативные факторы с учетом всех предельных состояний материала свай и грунта. Получение такой плотной информации о работе каждой сваи позволяет численным методом определить экстремальные значения силовых факторов по длине сваи. Для повышения точности и упрощения расчета вместо табличных значений выведены функции влияния в форме степенных рядов, которые в свою очередь преобразованы по правилу Горнера в реккурентные зависимости

(-ХЛ20П- сс/5040О - ОС/32760(1-0С/<162&0(<-(Г/305600)»;; i>4= <-5С/30О-а/3560 О-¿/25 Г40 ('<-3:/<Э792о'))); где х = г s

Причем граничные условия (в уровне дневной поверхности и острия сван) можно аппроксимировать либо шарниром, либо защемлением.

Созданный КАУПР и соответствующий банк данных позволили решить задачу оптимизации свайного куста по количеству свай в кусте, по их расположению в плане, по расходу арматуры и площади поперечного сечения. При этом соблюдается полный вектор условий, относящийся к сваям и основанию. Оптимизация выполняется по принципу обратной задачи строительной механики методом направленного численного ска-нирования-на множестве, упорядоченном по ряду ведущих параметров.

Выбор рационального типа куста свай для рассматриваемой задачи осуществляют на основе анализа нескольких заданных возможных типов ростверков.

В главе рассмотрен способ нахождения эквивалентного стержня, заменяющего работу целого (как правило уже подобранного) куста свай, что несомненно резко снижает порядок ГМ1 (здесь рассматривается возможность создания упругого паспорта). Однако опыт показал, что создать упругий паспорт для свайного куста постоянным и хранящимся в банке невозможно, так ка в его работе учитываются характеристики и вектор условий грунта, имевшие неопределенное множество значений. Однако для больших площадок с одинаковыми грунтовыми условиями при расчете кустов целесообразно такой упругий паспорт создать и хранить в банке данных.

В этой же главе исследуются способы решения задачи совместного расчета композита "надстройка-свайное основание" с соответствующей оптимизацией. Здесь рассматриваются два варианта:

- совместньй расчет надстройки и основания при оптимизации свайного основания;

- совместный расчет и оптимизация надстройки и свайного основания при полном векторе условий с учетом горизонтальных перемещений последнего.

В первом случае целесообразно рассматривать сооружение, где упругие деформации надстройки практически не влияют на величины передаваемых на основание усилий.

Во втором случае рассматриваются рядовые сооружения (силовые каркасы КБГ) с взаимовлиянием, то есть деформации надстройки вызывают соответствующие деформации основания и наоборот.

Совместный расчет обычным способом порождает ГМЕ большого порядка. Диссертантом предложена модель расчета, использующая диа-

коптику и направленное сканирование, представленная на рис.

В месте примыкания надстройки к свайному ростверку принимаем в первом приближении защемление, заменяя ростверк бесконечно жесткими связями. Выполняем расчет надстройки. Полученный вектор внутренних сил в опорных точках является внешней нагрузкой для последующего расчета ростверке.. В принятом направлении получим ростверк о некоторым запасом, так как жесткость связи максимальной (то есть ростверк с грунтом в первой итерации абсолютно жестки, что не-~верно). Поэтому требуется уточнение. Заменяем весь ростъерк упругой связью с коэффициентом постели в требуемом направлении равным С^^/У^ , где и У^- усилие и перемещение в I-ом направлении. Предлагаемая модель расчета обеспечивает автоматизированный переход от ростверка к расчету надстройки. Итерации продолжаются до достижения требуемой сходимости. Критерием окончания счета являются: I. Неизменность сечений элементов на двух соседних итерациях. 2. 2% отклонение усилий в элементах на двух соседних итерациях. 3. Равенство соответствующих реакций в опорных узлах надстройки на двух соседних итерациях с учетом доверительных границ. Для ответственных сооружений дополнительно учитываем долевое надстройки и свайного ростверка с включением доверительных границ. Сходимость достигается на трех-четырех итерациях.

Поскольку в процессе расчета ГМЕ постоянно корректируется в соответствие с получаемым управляющим вектором Р* (площади), то окончательно получаем оптимальную конструкцию как надстройки, так и свайного основания в их совместной работе.

Пятая глава - "Новые технические решения силовых строительных каркасов КБУ для объектов обустройства нефтяных месторождений Среднего Приобья". Блочио-комплектный метод обустройства нефтяных и газовых месторождений приобретает все большее применение для удален-

Ф?

2 5

ЕЗр '

ЕЗс ЕЭС

1 4

=Ф

а", О

=>

м-

4

6)

а! % ч

г )

Ут

=> т И;

т* от

о«:)

Л %

и)

=>

=> 0 =>

а}'

II

ту* >1

=>

—(Ь

1П

к)

Рис.Силовая система "надстройка-свайное основание" к расчету по программной системе: а)схема "надстройка-свайное основание"; б) расчетная схема надстройки, I этап; в)расчет надстройки при жестких связях Вг =Р; г)расчет свайного ростверка; ж,и) расчет надстройки, П этап: Е(с) =Р, где В(с)-матрица жесткости системы с учетом упругих связей (по Жор-дану-Гауссу); с - жесткость связей, аппроксимирующих работу с -го ростверка наГ!.-ом этапе расчета; У■ ... М^-деформа?ив~ ные и силовые факторы

ных районов о неразвитой материально-технической базой. 3 связи с увеличивающимся об^-эмом внедрения КБУ весьма существенным становится снижение материалоемкости конструкций и трудоемкости монтажа суперблоков.

Одним из принципов снижения материалоемкости объемного блока (ОБ) КБУ при е^и агрегатировании является объединение силовых элементов отдельных блоков-модулей при монтаже на площадке эксплуатации в единую силовую систему сооружения. Такое объединение ведет к нелинейному увеличению несущей способности сооружения (каркаса КБУ), что позволяет проектировать отдельные блоки-модули самонесущими (пониженной материалоемкости).

Другим важным принципом снижения трудоемкости монтажа сооружения из отдельных модулей является упрощение монтажа на площадке эксплуатации посредством совмещения функций силовых элементов с функциями кондукторов, направляющих при монтаже, максимальное перенесение всех трудоемких операций по выверке основных осей сооружений в заводские условия. Для этого разработан ряд узловых стыков модулей как на сварке, так и на болтах.

На базе вышеизложенных принципов диссертантом разработаны конструктивные решения ОБ промышленных сооружений технологических объектов обустройства в блочно-комплектном исполнении, обеспечивающие индустриальность их изготовления, силовое агрегатирование, унификацию, транспортабельность, снижение материалоемкости и трудоемкости их монтажа:

- сборно-разборное промышленное сооружение, компануемое из объемных секций-модулей. Угловая стойка объемного модуля с примыкающими элементами обеспечивает монтажную стыковку в одном узле от двух до восьми блоков с включением в совместную работу несущих элементов всех стыкуемых блоков. Такое техническое решение обеспе-

чивает существенное нелинейное увеличение несущей способности соо* ружения, максимальное использование прочности металла, ведет к снижению материалоемкости сооружения. Кроме того в данном решенииС12$ существенно снижена трудоемкость монтажа, который упрощен на монтажной площадке, поскольку фасонки в нижней части стоек выполняют дополнительно функции направляющих-фиксаторов при монтаже;

- объемный блок промышленного сооружения, обеспечивающий при агрегатировании создание единого силового каркаса многоэтажного сооружения, существенно снижающего материалоемкость сооружения как на каркасе, так и на фундаментах, при одновременном упрощении монтажа (отпадает необходимость выверки осей составной колонны сооружения) за счет выполнения опорными плитами (оголовками) колонн дополнительно функций кондукторов при монтаже;

- объемный блок промышленного сооружения индустриального изготовления, включающий регулятор частот собственных.колебаний, для восприятия гармонических динамических нагрузок. В объемном блоке, включающем силовой каркас, основание, технологические площадки выполнены з виде замкнутых герметичных секций, заполненных несжимаемой жидкостью под давлением (при отсутствии свободной поверхности у жидкости). При этом, заполняя те или иные секции, подбирают массу сооружения, исключающую совпадение собственных частот несущих конструкций металлического облегченного каркаса с вынужденной частотой;

- конструктивное решение ОБ, снижающее сосредоточенный отпор грунта во время транспортирования сооружения волоком по суве, создающее оптимальное распределение внутренних усилий в конструкции блока, позволяющее снизить его материалоемкость. В ОБ промышленного сооружения, включающем каркас, основание, снабженное полозьями, основание выполнено в виде структуры, к опорным узлам которой посредством промежуточного звена с регулируемой упругостью прикреп-

лени полозья, выполненные в виде шарнирно-сочлененных элементов, длина которых соответствует расстоянию мевду опорными узлами основания;

- унифицированный объемный блок промсооружения универсального назначения, собираемый из объемных элементов заводского изготовления с оптимизацией силового пояса вне зависимости от высоты технологического оборудования посредством выполнения силового пояса в нижней части каркаса и членения блока по высоте.

Помимо того диссертантом предложены новые эффективные транспортные средства (ведущие, ведомые), обеспечивающие транспортирование КБУ большой массы (более 300 т), не нарушающие растительный покров тундры (что весьма важно в условиях Севера), поскольку создают равномерное малое удельное давление на грунт и незначительные касательные напряжения на поверхности. При этом требуется минимальная сила тяжения.

Таким образом, разработаны новые технические решения силовых каркасов КБУ, обеспечивающие учет основных требований отрасли (индустриальность, агрегатируемость, .модульность, универсальность, транспортируемость, максимальное использование прочности металла, восприятие динамических гармонических нагрузок при одновременном снижении материалоемкости и трудоемкости монтажа) с гарантией их полного расчета по разработанной программной системе.

Шестая глава - "Новые модели (методы) проектирования и расчета, оптимизирующие сквозные строительные каркасы тяжелых КБУ (массой более 300 т) и их реализация" - посвящена разнообразным применениям основ рассмотренных разработок. Здесь освещены вопросы применения разработанных КАУПР и системы 5РАСЕ-РА1Е к расчету новых рациональных типов силовых схем, показаны методы решения плоской задачи теории упругости, расчета композита.

Так, расчет пластинки по П.М.Варваку и соответствующей струк-

туры аппроксимируемой по А.Р.Ржаиицыну в программной системеЗРАСЕ82 показал полную иденточность (пропорциональность эпюр внутренних силовых факторов по всем направлениям пластинки. Это позволяет ренить более сложную задачу - рис.5

Для расчета оконтуренной пластины (обшивы КБУ) с у чатом изгиба контура и устойчивости (способности воспринимать усилия сжатия тонкой пластинкой) пластина аппроксимируется крестовой стержневой ре-веткой с двойной жесткостью: вдоль растягивающих усилий - ЕР, вдоль сжимающих - к-ЕР, где к - экспериментальный коэффициент (0,2-0,3), учитывающий "возможности" сжатой части пластины. Сам контур расчленяется на 4-7 стержневых элементов со своей изгибной жесткостью каждого элемента. После автоматизированного расчета поIII]получаем несимметричную эпюру изгибающих моментов (относительно горизонтальной и вертикальной осей симметрии контура).

Здесь же приведены расчеты силовых каркасов КБУ с применением разработанной программной системы ЙРАСЕ-РАЩЕ на основании моделей расчета, изложенных в данной работе.

Приведенные примеры по всем вопросам комплексного автоматизированного расчета пространственных стержневых каркасов КБУ показывают достоверность результатов расчетов, широкий охват проблем отрасли по разработке КБУ, практическую ценность созданных моделей и программной системы, позволявшей довести расчет до сечений (профилей) элементов каркаса и сварных швов, обеспечивающих их связь с каркасом. При этом выходная информация достаточна для выхода на графопостроитель. Зое это, несомненно, дает технико-экономический эффект и выводит разработку строительных каркасов КБУ на более высокий уровень.

Седьмая глава - '"Краткое описание программной системы расчета

Рис. 5. Аппроксимация (по А.Р.Ржаницыну) континуального тела сложной формы. Определение напряжений

конструкций основными методами строительной механики" - посвящена раскрытию сущности системы. Показано модульно-иерархическое строение программной системы5РАСЕ82.

Структурирование функциональных задач и их иерархическое взаимодействие существенно отразилось на реализации структуры комплекса программ в целом. Структура программной системы имеет многоуровневое иерархическое построение, что позволяет ограничить и локализовать на каждом из уровней соответствующие ему компоненты, что значительно облегчает анализ и синтез компонент более высоких уровней и комплекса в целом. Иерархическая структура комплекса обладает рядом важнейших положительных признаков:

- вертикальная соподчиненность (последовательное упорядоченное расположение взаимодействующих модулей, составляющих данную систему);

- право вмешательства и приоритетного воздействия на модули любых уровней со стороны более высоких иерархических уровней;

- взаимозависимость действий компонент верхних уровней от реакций на воздействия и от функционирования модулей нижних уровней, информация о которых передается верхним уровням.

При этом взаимодействие модулей в пределах уровня максимально ограничено, что значительно упрощает согласование работы модулей и позволяет, проводить управление только по вертикали. Модули нижних уровней поставляют информацию о своем состоянии и тем самым подготавливают возможные решения для их выбора на более высоких уровнях. Кроме того, информация о результатах функционирования верхних уровней также учитывается модулями нижних уровней для принятия собственных решений и локального управления.

В программной системе учтены основные правила структурного программирования.

В этой же главе приведены описания и блок-схемы программ I и 2-го уровней иерархии; приведены описания алгоритмов и блок-схемы ревения задач статики, динамики, устойчивости, расчета композита "надстройка-свайное основание", реализованных в единой программной системе посредством разработанного КАУПР.

основнж вывода

1. На основании выполненных исследований осуществлено теоретическое обобщение и решение крупной научной проблемы, заключавщей-ся в разработке оптимального агрегатирования силового каркаса сооружений из отдельных модулей, системы комплексного автоматизированного расчета пространственных стержневых силовых каркасов сооружений, позволявшей учесть многообразие схем сооружений и их Фундирования, динамику силовых воздействий на всех этапах жизнедеятельности объекта с учетом специфики отрасли, работу силового каркаса

с учетом устойчивости, гармонических динамических воздействий, максимального использования прочности металла конструкции, что обеспечивает как надежность сооружений, так и снижение материалоемкости и сокращение сроков проектирования, что имеет важное народнохозяйственное значение.

2. Определены и реализованы основные принципы конструирования силовых каркасов технологических объектов КЕУ, обеспечивающие при агрегатировании сооружения снижение материалоемкости и трудоемкости монтажа:

- объединение силовых элементов отдельных блоков-модулей при монтаже на площадке эксплуатации в единую силовую систему сооружения. Такое агрегатирование ведет к нелинейному увеличению несущей способности сооружения, что позволяет проектировать отдельные блоки-модули самонесущими, существенно снизить материальные затраты' как на конструкции надземной части, так и на фундаментах

агрегатированного сооружения, а также обеспечивает эффективное фундирование в условиях, многолетнемерзлых грунтов;

- совмещение функций силовых элементов отдельных блоков с функциями кондукторов-направляющих при монтаже, максимальное перенесение всех трудоемких операций,по выверке основных осей сооружений в заводские условия, обеспечивающие на площадке эксплуатации (сборки) их автоматическое соблюдение. Такой принцип конструирования существенно упрощает монтаж, снижает сроки, трудоемкость монтажа, себестоимость строительно-монтажных работ, что имеет важное значение для удаленных северных районов с неразвитой материально-технической базой.

3. Разработан типовой ряд узлов соединения каркасов модулей в единую силовую систему в сборно-разборном варианте на болтах, что обеспечивает многократность применения модулей на базе структурно-переменного синтеза силового сооружения применительно к конкретным технологии и условиям эксплуатации и снижает материалоемкость конструкции и фундаментов на 5С$.

4. Разработана новая теоретическая база, обеспечивавшая создание системы комплексного автоматизированного расчетз и оптимального проектирования силовых каркасов сооружений технологических объектов обустройства с учетом специфики отрасли,включающая:

- методику комплексного автоматизированного расчета сооружения на прочность с учетом нелинейного продольного изгиба, обеспечивавши« определение в единой задаче как внутренних усилий,, так и расчетных длин элементов, что является основным условием решения задачи оптимизации;

- модель конечного элемента - универсальный полиэлемент, обеспечивающий в единой задаче комплексный автоматизированный расчет сооружения на прочность с учетом продольного изгиба, любых граничных условий, что позволило решить задачу оптимизации

и в режиме транспортирования сооружения;

- методику комплексного автоматизированного расчета сооружения на статику и динамику с учетом диссипативных сил (внутреннего поглощения энергии) в резонансной зоне на полном спектре частот, позволявшую реализовать в резонансной зоне расчет по всем предельным состояниям с решением задачи оптимизации и учетом доверительных границ по всем параметрам вектора условий;

- методику учета экстремальных усилий и соответствующих сечений элементов каркаса сооружения при его транспортированиии с автоматизированным выбором оптимальных условий фундирования;

- методику /чета работы обшивы КБУ в силовом каркасе и ее стержневой аппроксимации, обеспечиваю^« снижение материалоем -кости каркаса КБУ при проектировании за счет включения в совместную работу технологических и конструктивных элементов;

- методику автоматизированной оптимизации по массе силового каркаса при сочетании направленного сканирования с ранжированием, редуцированием, усечением и членением сложного множества поиска при полном векторе ограничений, позволившую принципиально сократить оперативное время поиска оптимального решения, что обеспечивает не только теоретическую, но и практическую реализацию на ЭВМ;

- методику комплексного автоматизированного расчета композита "свайное основание-надстройка" в единой задаче по двум упругим характеристикам - модулю упругости и коэффициенту постели для пространственных систем, что впервые обеспечило в совместном расчете оптимизацию такого композита. 3 основу положено сочетание двух методов - МКЭ в форме метода перемещений и метод начальных параметров с использованием диакоптики;

- методику автоматизированного расчета плоской задачи тео-

рии упругости при стержневой аппроксимации тела любой формы и пс-быми граничными условиями, позволяющ выполнять расчет поперечника (дамбы, обваловки, плотины) любой формы

5. На базе предложенных принципов конструирования, методе*, моделей и аппроксимаций разработана специализированная программная система комплексного автоматизированного расчета пространственных стержневых металлических каркасов сооружений (ЗРАСЕ-РАЬЕ1 с учетом реальных условий их строительства, транспортирования и эксплуатации, комплексно охватывающего решение широкого класса задач механики твердого деформируемого тела (статика, динамика, устойчивость, оптимизация, поливариантность граничных условий как сооружения, так и конечного полиэлемента с учетом всех предельных состояний, включая деформационный расчет и перекос силового каркаса), снижающая трудоемкость проектирования как в период подготовки задания, так и при анализе полученных результатов расчета в, виду устранения обычной необозримости результирующей информации (ведущей при обработке к ошибкам) и выдаче на печать уже проанализированных экстремальных усилий в элементах, оптимальных вариантов фундирования, либо оптимальных профилей элементов, что позволяет создавать агрегатированные несущие каркасы КБУ экономичными, надежными, технологичными.

6. Разработана единая система комплексного автоматизированного расчета и рационального агрегатирования конструкций обеспечивает преемственность полученных решений на всех уровнях расчета, сокращает сроки проектирования и строительства объектов КБУ, снижает на 20;? себестоимость возведения сооружения, позволяет 8 3 раза уменьшить затраты строительства на монтаже, в 9 раз сократить металлоемкость объектов, в 3 раза повысить проиводительность труда, перевести 95$ объема строительно-монтажных и пуско-наладочных работ в заводские условия.

Методика рационального агрегатирования единого силового каркаса сооружения позволила эффективно решать задачу фундирования для многилетнемерзлых грунтов.

Внедрение разработанной автором системы рационального конструирования и расчета силовых строительных каркасов блочно-комп-лектных устройств на Самотлорском, Уренгойском, Лянторском, Пов-ховском и других месторождениях только по производственному объединение "Сибкомплектмонтаж" дало годовой экономический эффект более 3 млн. руб. за счет сокращения продолжительности строительства сооружения, снижения себестоимости строительно-монтажных работ, максимального использования прочности металла конструкции, сокращения генпланов, рационального фундирования.

Работы, опубликованные по теме диссертации

1. Сенцов Ю.К. Автоматизированный расчет металлических элементов суперблоков с оптимизацией числа типов и площадей сечений по дискретному набору // Известия вузов. Строительство и архитектура.- Новосибирск, 1983,- №6, с. 19-22.

2. Сенцов Ю.К. Динамический расчет несущих конструкций суперблоков // Труды ЗапСибНИГНИ. Проблемы нефти и газа Тюмени.-Тюмень, 1983, -вып. 58, с.39-41,

3. Сенцов Ю.К. Автоматизированный расчет суперблока с конечным полиэлементом // Труды ЗапСибНИГНИ. Проблемы нефти и газа Тюмени. - Тюмень, - 1983, вып. 59, с.59-61.

4. Сенцов Ю.К. Расчет каркаса суперблока в условиях транспортирования и эксплуатации // Известия вузов. Строительство и архитектура. - Новосибирск, - 1984, № 3, с.33-35.

5. Сенцов Ю.К. Управление процессом расчета стержневых строительных систем на ЭВМ // Труды ЗапСибНИГНИ. Методы освоения Западно-Сибирского нефтегазового комплекса. - Тюмень, -1985, - вып. 65, с.54-56.

6. Сенцов Ю.К., Мальцев Л.Е., Матвеев Н.П., Дорогин А.Д. Применение метода стержневой аппроксимации// Сб. научных трудов

ЭапСибНИГНИ. Бурение и крепление разведочных скажин в сложных

условиях. - Тюмень, - 1986, с.65-68.

7. Сенцов O.K., Захарова С.А., Бычков Б.М., Суменкова Г.Н. Программная система расчета пространственных стержневых конструкций ( РАСЕ62).- М.: ЦНИИяроект, МСФАП АСС.- 1984, вып. I-H234, П006686, 171 С. (монография).

8. Сенцов Ю.К. Вертикальный цилиндрический резервуар. Авт. свнд. * 727822, Б.И. * 14, 1980.

9. Сенцов Ю.К., Захарова С.А. Фундамент под резервуар. Авт. свид. * 947288, Б.И. * 28, 1982.

10. Сенцов Ю.К., Хамидуллин К.А., Захарова С.А. Способ возведения свай. Авт. свнд• i 1028778, Б.И. № 26, 1983.

11. Сенцов Ю.К. Фундамент под резервуар. Авт. свид. И073384, Б.И. * 6, 1984.

12. Сенцов Ю.К., Колташева Т.П., Захарова С.А. Сборно-разборное промышленное сооружение, Авт. свид. № 1486576, Б.И. № 22, 1989.

13. Сенцов D.K., Сенцов А.Ю. Транспортное средство. Авт. свид. * 1372787, Б.И. »5, 1988.

14. Сенцов Ю.К., Захарова С.А. Транспортное средство. Авт. свнд. # 1432927, Б.И. * 39, 1988.

15. Сенцов Ю.К. Способ погружения анкера в грунт. Авт. свид. » 1382063, Б.И. * 10, 1988.

16. Сенцов Ю.К., Казначеев А.И., Захарова С.А. Способ прсклад-ки подводного трубопровода. Авт. свид. № 1086279, Б.И. № 14,1984.

17. Сенцов Ю.К., Амарян Л.С., Захарова С.А. Способ контроля-за размывом дна водоема, авт. свид. * II26643, Б.И. № 44, 1984.

18. Сенцов Ю.К., Захарова С.А. Способ строительства подвод-

них переходов Ав . свид. № 1200029, Б.И,, б, 1987.

19 0е цов Ю К,, Захарова С.А. Утяжелитель трубопровода. Положительное решение ЗНИИГПЭ по заявке № 4287797/25-29, 1987.

20 Сенцов »..К. Подводный переход. Положительное решение ВНИИГПЭ по заявке № 3947712/23-63, 1989.

21. С нцов - .К., Захарова С.А. Соединение трубопровода с сосудом. Л дожительное решение ВНИИГПЭ по заявке № 4656785/2429, 1989. /--л $ /' '' '{