автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Усовершенствование стальных стержневых конструкций на базе решения обобщенной задачи оптимального проектирования

KHÏBCblfflfl IНЖЕНЕРНО-БУДIВЕЛЬНИЙ I НС ТИТ УТ

ПЕРШКОВ Володишр Сйексаидрович

ВДОСКОНАЛЕННЯ СТАЛЬНИХ СТЕР2НЕВИХ. КОНСТРУНЦ1Й . НА БА31 РОЗВ"ЯЗАННЯ УЗАГАЛЬНЕКЯ ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТУВАННЯ

■Спвц1альн1сть ,05.23.01 ~ 0уд1ввльн1 конструкдП,

Автореферат дисертацП на здойуття наукового ступеня доктора техМчних наук

На правах рукопису

буд!вл1 та споруди

КиТв - 1993

Робота влконана на кафедр! мэталевих та дврев"яних конот-рукц!Я КиТвського 1нженерно-(5уд1ввльного 1нституту

Оф1ц1Ян1 опоненти: члан-кореспондант АН УкраТнв доктор техн!чних наук Л.М.ЛОБАНОВ

доктор техн1чних наук.професор А.В.С1ЛЬНЕСТРОВ

доктор техн!чних наук, А. В .ПЕЕЕЛЬЫУТЕР

Пров1дна уоталова: КиТвський Зональний науково-доо-л!дний 1нститут експариментально-го проектування Ди1вЗНД1ЕП/

Захиот в1д0удвться "/У п___£___1993 р. о 13 годин1 на зас!данн1 спец!ал1зовано1 вченоТ ради Д 068.05.02 КиТвоького 1нжвн9рно-буд1в8льного 1нотитуту за адресов: 252037, Кя1в-37, Пов1тро$лотський проспект, 31.

3 дисертац1ео можна озпайомитись у б!бл1отец1 КиТвського 1нженерно-буд1велы!ого 1нституту.

Автореферат роз 1 сланий " (/' " (Р ^ 1993 р.

Вчений секретар опец1ал!зованоТ вчено! ради

к.т.и.,с.н.с. Л^СТуо К0Б1С&В.Г.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн1сть теш. СтальШ стержнев! конструкц!У знайшли ши-роке застосування в практичному будхвництв1 завдяки вхдомим перевагам, як! визначаються перш за все високими мхщпсними власти-востягди матерхалу, 1ндустрхальн1стю виготовлення 1 монтажу. 1х вдосконалення, шо направлене на зниження матерхал0М10тк1ст} кон-струкцЩ шляхом зменшенм витрат стал! на сприйняття наванта-жень, провалиться рхзними шляхами, серед яких особливе м1сце , на-лежить вибору конструктивного ршення, яке б забезпечувало при безумовн!й в!дпов1ДНост! технологхчному призначенню об"екта, шо проектуеться, рашональне використання матерхальних, трудових 1 часових ресурс1в на вс1х стад1ях створення конструкцхУ.

Пошук оптимальких конструктивних форм стальних конструкц!й пов"язаний з 'розвитком метод!в оптимального проектування, за до-помогою яких вдаеться досягнути потрхбних техШко-економхчних показшш1в конструкц1й. Протё в!дом1 розв"язання задач оптим1за-цИ 1 розроблене на Ух основ1 програмне забезпечення, в тому числ! наявн1 у склад! САПР, ор1ентованх, як правило, на проектування конкретних об"ект!в, шо, наприклад, для типових конст-рукц!Й дозволяе знизити матерхалом!стк!сть I вар^сть на 10-12$. Под1бний П1дх:д актуальний 1 для споруд, досв1д проектування яких обмежений, а наявн! реалхзован! аналоги в1дрхзняються 1нди-В1дуальними особливостями, шо стримують можливостх узагальнен-ня, характерного для об"ект1В масового виготовлення. Вхдсут-Н1сть в сучасн1й практицх проектування у1иверсвльних п!дход1в до оптям1зац1У конструкций, незалежних в!д Ух призначення, пояс-нюе обмежене використання метод1в оптимального проектування, пе-реваження евр!стичного характеру вибору конструктивних форм ! геометричних розмхрхв конструкц!й, шо призводить до невиправ-даноУ перевитрати матерхал!в х збхльшус вартхсть буд!вництва. , Метою ц!еI роботи е розробка узагальненого методу оптимального проектування стальних стеркневих конструкц1й I вдосконалення на його основ1 конструктивних форм, якх забезпечують заошадження кошт!в на IX зведення.

Досягнення постановлено"! мети здпЧснюеться на основ! р!шеп-ня сл1дуючих задач:

- обгрунтування х формулювання задачх пошуку оптимальних параметрхв напружэно-деформованого стану I геометричних схем стальних стеркневих конструкции за уыовою мППмхзеихУ детермх-

новано! ц1льовоУ функцИ 1 наявноот! нел!н!йних обмежень;

- розробка ун!версального алгоритму 1 програмного забезпе-чення методу оптимального проектування конструкц!й з геомэтр!ею, що вар1юеться з врахуванням оптимально"! компоновки поперечних перер!з!в елемент!в;

- числове досл!дяе1Шя оптимальних параметр!в геометричних схем плоских 1 просторових стержневих конструкц1й з врахуванням Тх специф!чних властивостей 1 визначення особливостей фор-мування конструктивних форм на прикладах наскр!зних конструхц1й покрить, комб!нованих вантових систем, опорних частин морських стац!онарних платформ;

- анал!з оптимальних конструктивних р1шень опорних блок1в морських стаШонгчних платформ 1 розробка на ц!й основ! нових ефективних конструкц!й, що забезпечують зниження матер!альних 1 трудових витрат на Ух виготовлення 1 зведения;

- розробка, теоретично 1 окспериментальне досл!дження нових тип!в сталобатоннга элемент1в к1лъиевого парер!зу, як! ви-користовуються в конструкц!ях льодост!йких морських платформ,

1 методики 1х оптимально! компоновки.

Автор захицае:

- . основн! положения пошуку'оптимальних геометричяих схем стальних конструкц!й;

- узагальненкй метод оптимального проектування плоских 1 просторових стержневих конструкц!й;

- рззультати числового досл1джешш гвометричних парамэтр!в конкретних конструктивних форм 1 розроблен! рекомондацН по 1х прооктуванню;

- результата доел 1джашш нових конструктивних р!шень опорних частин морських стад!онарних платформ П1двицено1' монтажо-здатност!;

- результати теоретичного I експериментального досл1дження роботи сталебетонних елемент!в к!льцэвого парер!зу 1 1нжвнер-нпй метод Кх розрахунку.

Наукова ноьлзна роботи полягае в тому, що:

- вперше задача оптимального проектування буд1вельних кон-струкц'й сформульована в загалыюму вигляд! 1 П окрем! випадки охоплюють широке коло питань, що розглядаються при реальному проекгувачн!;

- вперше розроблена ыатоматична модель задачи оптим1зацП, яка в!льна в!д спрощонь, пов"язаних з необх!дн1стю П пристосу-

вання до рбраного методу розв"язання;

-запропонований ун!вэрсальний алгоритм методу пошуку оптимальних параметр!в гэоматричних схем стержневих систем, що дозволяв роэглядати задач! практично необмажоноК розм!рност! 1 адаптуеться до дов(льно!" конструкц1 У, яка може бути апроксимо-вана н!нцево-елементною моделью;

- виявлен! особливост1 формування оптимальних геометричних схем стальних стержневих конструкц!й та 1х взашозвмязок з уловами проектування;

- вперше роэроблена методика пошуку оптимально! тополог!1 стержневих систем, що базуеться на завданн! базового вар!анту конструкц!У з посД1Довним виключэнням з яього елемэнт!в, що "ви-роджуються", та вузл!в, що "зливаються";

- роэроблена нова методика визначення оптимальних геометричних параметр1в комб!йованих вантових систем, що базуеться на повтапн1й оптим!зацН з Використанням критэр!ев рац!ональност! проектування балки жорсткост!;

- роэроблен! нов! алгоритма беэ!терац!йно'/ компоновки дво-таврових стальних та трьохшарових сталебетонних поперечних пере-р!з!в при центральному та позацевтровому стиску з врахуванням безперзрвноУ зм1ни Ух площь в процвс! оптйм!зац!1( система;

- вперша экспериментально виявланий механ!зм роботи трьохша-рового сталевобатонного стержня при р!зних Способах передач! на нього осьового навантажэння;

- запропонован! нов! конструктивн1 р!шення опорних блок!в морськях стац1онарних платформ, що трансформуються, як! забез-печують п!двищэння береговоТ готовност! конструкц!й ! скоротчен-ня терм!ну роб!т в мор! за рахунок Ух транспортування з викорио-танням власноУ плавучосг! та встановлення на точц! влаштування баластировкою внутр!шн!х запон опорних стояк!в.

Практична значения роботи полягае в доведенн! ТТЕ результата до комплексу програм для ЮМ ! практиц! проектування стала-вих конструкц!й р!зного призначання. Застосування метода оптимального проектування, що розроблений, та рекомзндац!й по фор-муванню оптимальних геомэтричних схем конструкц!й знххуе Ух матер !алом!стк!сть, а також скоротчуе терл!ни проектування, що зрештою прлскорюе введения в експлуатац!ю об"ект!в буд!вництва.

Результати робота ! розроблен! метода упроваджен! в науко-во-досл!дному ! проектно-вииукувальному !нститут1 на$тогазо-промислових споруд на континентальному шэль$! /ЙТПГпгельф,

м.Симферополь/ ! у виробничому об"еднанн1 "Чорноморнафгагаэ" при проактуванн!, рекойструкц!К i буд!вництв} ряду морських стац!о-наряих платформ для Чорного та Азовського мор!в - рекомендацП по вибору конструктивних форм i Yx тополог}Т, а також методи визначення хвильових навантажень t розрахунку сталэвобетоннюс стержн1в к!льцевого лерер!зу; в проектному 1 науково-досл!даому 1нститут1 иУкрпроектстальконструкц1я" /м. Ки1"в/ при проектуванн! об"ект!в в м. Сим£еропол1 /шифр 17855/ i Нижньому Новгород! /шифр 17522/ - визначення оптимальноI топологП t геометр!Y конструкции покрить; в проектному 1нотитут1 по проектуванню буд!в-ництва атомних елзктростанц!й "Атомэнергобудпроект" /м. КиКв/ при розробц1 конкурсного проекту перетворення об"екту "Укриття" ЧоряобильськоУ АЕС в еколог1чно безпэчну систему - оптим1зац1я геометр)У комб1новано'1 ваптовоТ системи покриття; в КиУвському 1нженэрно-буд1вельному 1лститут1 - в дипломному прооктуванн1 ряду об"ект!в.

Апробад1я роботи. Основн! положения дисертац1йно! роботи до-noBiдались t обговорювались на Mf'народному конгрес! з легких конструкЩй в надзе1лному 1 промисловому буд!вництв1 /Дрезден, 1971/, Шжнародному симпоз!ум1 асоц1ацП по мостах i конструк-ц!ях Д1осква, 1978/, У1 на^онатьному конгрес! по теоретичн1й 1 прикладн механШ /Варна, 1989/, М1жнародн1й KoH$epotmfi "Звар-Hi конструкц!Г ДиТв, 1990/, П М}кнародн1й науков!й сесП /Ольш-тин, 1990/, на Всесоюзних кон£оренц1ях по стагиц! 1 динам!ц1 просторових конструкц1й Ди1'в, 1985/, "Комплексне освоения нафто-газових pecypciB континентального шельфа СРСР" ДЪсква, 1989/, "Проблеми оптим5зац!Т 1 над1йност1 в буд!вельн1й механШ" /Ыльнюс, 1988/, "Питания над!йност1 i оптим!зацП буд!вельних конструкц!й, машин i механ!зм1в" /Севастополь, 1989 i 1991/, "Морськ! споруди континентального шельфа" /Севастополь, 1989/, на УкраУнських республ!канських конференц!ях по металевих конст-рукд}ях Aiapi/nojib, 1978; Глтомир, 1984; Симферополь, 1988; Kii'ib, 1992/, по птакладн1й НдромехалШ! Л<и'1В, 1987/, "Проблеми комплексно!' забудови Швденного берега Криму" /Сгафэрополь, 1988/, на зас1данн1 АсоцШй У кафедр металевих конструкц1й ву-3iB гад А'жолаУв,' 1992/, на щор!чних наухово-тохн1чних конференция КкУвського 1нкенерно-буд1вельного 1нституту.

Публ1ка!пУ. Основы! положения дисертацП' опубл1коваи! в 59 др/кованих роботах, в тому числ! монограф1ях, дов!днлках i

б

учбовому пос!бнику. Отримано 5 авторських св1доцтв.

Обояг роботи. Дисартац!я складаеться з вступу, семи глав, висновку 1 списка л1тератури загальним обсягом 506 стор., в тому числ! основного тексту 56-! стор., рисунк!в ?5 на 60 стор., таблиць 48 на 2? стор., б1бл!ограф!У з 427 наймэнувань на 45 стор.

0крем1 експериментальн! 1 числов1 досл!дження,результата яких наведен! в робот!, виконан! п!д кер1вництвом автора за участи канд.техн.наук 1,Д.Белова, О.М.Ременн1кова, Муваффака Мохам-меда i асп!рант!в Бу СалехНаж!, Л.О.НосовоУ 1 Г.Л.Шаучювенаса.

ЗМ1СТ РОБОта

Структура вихладення матер!алу визначена зм1стом дисертац!У 1 в!дпов1дае лог!чн!й посл1довност! описания проведених досл!д-яень 1 отриманих результат!в. В перш!й глав! приведений анал!з иетод1в, що застосовуються при оптим!зац!У буд!вельних конструк-ц!й, в!дм!чаються Ух особливост!, переваги ! недол!ки. В друг!й глав! обгрунтована 1 сформульована узагальнена задача оптимального проектування, приведена математична модель в форм! задач! нел1н!йного математичкого програмування 1 узагальнений алгоритм ТУ р1теиня. Прянципи формування ун!версальних програмних комплекс !в, призначених для розрахунку ! проектування плоских ! про-сторових стержневюс кояструкц!Й, представлен! в трет!Й глав!. 3 Ух допомогою виявлзн! особливост! формулпвання геометрических схем наскр!зних конструкц!й покрить, коиб!нованих вантових сио-тем ! опорягас блок!в морських стац!онарних платформ, викладен! в!дпов!дно в четверт1й, п"ят!й и шост!й главах з врахуванням спе-циф!чних властивостей систем, ¡до розглядаються та Ух елемент!в, В сьом!й глав! приведен! результати проектування реальних об"ек-т!в, що виконане запропонованим методом з використаяням розроб-лених рекомвндац!й, I показана техн!ко-економ!чна ефективн!сть запропонованих р!шень.

У вступ! Обгруйтована актуальн!сть теми дисертацП, визначена роль оптимального та автоматизованого проектування в розв"я-эанн! проблема ефективного викорлстання матер! альних ! трудових ресуро!в в буд!внйцтв!, сформульована мага роботи, И наукова та практична значущ!сть.

Глава I присвячена анал!зу оучасних роб!т в облает! оптимального проектування буд!вельних конструкц!й, результата якого

дозволили оц!нити досягнут 1 усп!хи ! нам!тити перспвктивн1 нап-рлмки розвитку метод!в оптим!зацП в!дпов!дно до практичних пот-рай. Шдкреслано внасок в становления 1 роэвиток таорН' оптима-льних систем М.Лев!, 1.М.Раб!новича, К.М.Хуберяна, К.М.Протасова, Ю.А.Радцига, 0.1.Виноградова, роботи яких лягли в основу б!льшос-т1 подальших досл!джень.

Сучасний р!вань розвитку математики, буд1вально! махан!ки 1 теорй' споруд дозволяв розглядати задач! оптимального проекту-вання, поеднуюч! розрахунок конструкц1й з анап1зом прийнятого р1-шення. Сама такий п1дх!д в 1960 р. було запропоновано Л.Шм!дтом /США/, який допустив можлив!сть 1 дов!в необх!дп!сть формулюван-ня задач проектування у форм! задач математичиого програмування. Справедлив!сть вис^ру такоТ модел! р!шення п1дтварджена багатьыа в!тчизняними та заруб!жними вченими, тому що вона як найб!льша в!дпов1дае особливостям процэсу проактування, бо описуе умови, що вимагаються у форм!, що практично не в1др!зняеться в!д тоГ.що викладена в нормативних докумантах. В1дзначано внесок М.1.Абрамова, В.М.Альох!на, 0.0.Ант!п1на, М.В.Еак!ева, В.О.Бараненко, В.Б.Барського, е.I.Белен!, Г.Ю.Бельського, М.М.Верд!чавського, В.В.Б!ркльова, В.М.Бахурк!на, О.В.Геммерл!нга, Г.0.ГеМмерл!нга, Е.М.Герас!мова, В.М.Гордаева, Е.В.Горохова, ГЛ.Гребанюка, МЛ. Гр!нберга, М.М.Дем!дова, О.О.Запросяна, I.М.Кал!н1на, ЮЛ.Куд!-ш!на, ЯЛ.Олькова, А.В.Перельмутера, Ю.М.Почтмана, МЛ.Рейтмана, М.М.Складнева, М.Д.Сергеева, Ю.В.Соболева, В.В.Трофимовича, 1.С. Холопова, А.П.Ч!жаса, А.А.Ч!раоа, В.М.Шимановського, Г.Я.Эпель-цвейга, М.А.Янкелевича, К.&оЫиг^З.Ъспа, М. Ы.дсёС\У У.в.дот,¿. Р. РеС-±оп1 Р.РпгМалоГЗХозкс,ЦБЛео/.з.МсуМ^.Оз^сгка^.Иао^.В. ^шп^

СЗ.Ти^гго, /Й. 1Чепкаиа та !н. в розробку метод!в оптим!зац!У поперечних перер!з!в окре-мих елемент!в I стержневих систем, геометр!я яких ф!ксована або можа вар^юватися. В Тх розробках в математичн! модел! задач оп-тим!зац!Т окр!м умов, що описують напружено-деформований стан конструкц!й, вводиться 1 обмэження, як! в!дбиваюгь специф!ку 1:онструивання, виготовлення ! монтажу, завдяки чому забазпзчуе-ться можлкв!сть практичного використання результата оптимального проектувапня.

Постановка та математичне форлулювання задач оптимального проектування стальних стэржневих систем в!др!зняються р1зНома-н!т!пстю, що обумовлено насампаред критер!ями оптимальност!, що

розгдядаються,параметрами, за допомогою зм!ни яких розшукуеться кйщввий результат, повнотою опису вимог, що враховуються, а також прийнятими паредуыовами розрахунку t метод!в його реал!-зац1У. В!дзначено, що зм!нними проектування, що вар!юються, в б!льшост! випадк!в е розм!ри поперечних перар!з!в стержн!в та зусилля в статично нввизначних системах, регулгаання яких зд!йо-нюеться вибором оптимальних жорсткостей окремих елемент!в i зу-силь попереднього напруження, Сказан! параматри визначаються розд!льно або, що р!дае, комплексно, що приводить зрештою до р!зних за матою та склада!стю задач. К1льк!сть podiT, в яких за параметра, що вар!шгься, приймають параматри геомэтричних схем, досить обмежана внасл!док складност! розв"язання таких задач. В той т час змйганням геоматричних розм1р!в конструкцП можна вшшватй на розпод!л внутр!шн!х зусиль як в. статично нввизначних, так 1 в статично визначних системах.

Розглядаються метода, що застосовуються при розв"язан! оп-тим!зац!йних задач, розробц! та вдосконалвнню яких присвячан! ро-боти М.В.Бшпчука, В,А.Баженова, Е,М^Герао1мова, В.М.Гордеева, ГЛ.Грэбениса, В,1.Гуляева, Л.В.Канторовича, В.Л.Кошк!на, В.П. Малкова, Atvn)№ Car/bicfat, 6. Da л ti ш, P.E. бото/у, £Л Майя, Шс/леи, ti.Mqjidj.Q.ßosen та !н. В!даначаеться, що р!вень розробки методов нел!н!йяого математичного програмування дозволяв винористовувати Ix при роЗВ"язаня1 практячних задач нав1ть при наявност! невиз-наченост! одержаного результату.

Виконаний анал!з показав, що наузгоджбн!сть формулювань задач оптимального проектування, прагнення Пристосувати ix математики модел! до прийнятого методу розв"язання, нар!зний пошук тих чи !нших параматр!в конструкц!й не сприяе широкому впровадженню в прооктну практику матод!в опткм!зац!Т конструкц!й. В зв"язку з чим практячний !нтерес являе розробка ц!льного п!дходу до проектування конструкц!й одаого клаоу, наприклад, стержневих. П!д таким п!дходом розум!вться комплаксний розгляд вс!х параметр!в, що зд!йсншгь найб!льпшй вплив на ефективн!оть проектного р!шення, подання вс!х вимог, що отавляться до конструкцН та враховуються прп IY проэктуванн!,в виг ляд! найб!льш прийнятним для проектува-льника, забезпеченйя можливоот! в межах загального методу розв"я-зувати поодинок1 задач!, як! мокуть бутя зшшшан! практикою.

Глава 2 прт.свячена обгрунтуваянп та формулгаанню узагальне-Hoi" задач! оптимального проектувашш стальнкх стертлевих копст-

рукц1й i розробц! методу YY розвнязання.

Виходячи з досв1ду проекгування стальних конструкц1й, задача Yx оптим!зац!У подаеться в детерм1нован!й постанови! як бага-топараметрична. Вектор зм1нних проектування м!отить як компонен-ти площ1 поперечних перер!з!в або Yx л!н!йн! розм!ри, координати стержневоТ системи, що визначають YY геометричну схему, а також зуоилля попереднього налруження,. якщо вони передбачен! для об"екта, що проектуеться.

Узагальнена задача оптимального проектування формулюеться так: при задан!й тополог!Y стержневоУ системи умовах закр1плення на опорах га зовн!ин1х навантаженнях визначити параметри геомет-ричноУ схомл, розпод!л внутр!шнкх зусиль та розм!ри поперечних перер!з!в елемент!в при умов! дооягнення м!н1муму показником якост! проекту /критер!«моптимальност!/ та додержання заданих вимог, що подаються до конструкц!У.

Задачу названо узагальненою не т!льки тому, що в н!й окр!м napaMOTpiB напружено-деформованого стану розглядаються це й па-раметри геометрячноУ схеми /0.1.Виноградов назвав так! задач! узагальненими зворотними задач шли теорП споруд/, але й тому, що в межах YY розв"язання можуть бути реал!зоваи1 р!зн! поодикок! випадки, що характерн! для практики проектування. Серед них: -визначення оптимального розпод!лу внутр1шнях зусиль 1 матер!аду в статично невизначн!й систем! з ф1ксованоп геометр!еи; - пошук оптимального ршення для конструкцП з частково заданими параметрами /за технолог!чними, компоновочнкми або конструкц!йними м!ркуваннями можуть бути задан! координати окремих вузл!в 1 роз-м!ри поперечних nepepi31в окремих елемент!в/; - визначення опти-мальних зускль попереднього напруження в конструкцП з повн!стю або частково заданими пара)летрами; - виб!р найкращоУ !з розгля-ну^ах конструктивнее форм пор!внянням Ух оптимальних вар!ант!в, здобутих при одияакових вих!дних даних на проектування; - п^шук оптимальноY к!лькост! стерзяпв /тополог!I/ конструкц!У; - опти-м!за:йя по задакних зусиллях поперечних перер!з!в елемент!в.

Розв"язання узагальненоУ задач! зпираеться на класичн1 тео-ретичн! передумови, що викорястовуються в багатьох задачах буд!-еэль;;оУ мехак!ки, i можуть бути поширен! на будь яку стержневу систему - плоску або просторов/, повед!нка якоУ п!д навантажен-ням в!дпов!дае умовам, що зазначен1, а саме: - сталь працие в меглх npjTsnocTi; - система лЬг!Г:но деформуеться; - стерта!, що

з"еднюють вуэля сиотеми, !деально додзржуються закону окраолення в!оай конструкц!! i мають постШшй по довлотг 1 попорачний порв-р1з; - зовн!шн! вантажн! д!У квазистатичн! j - уыови м!цност! i ст1йкост! рагламантуються вимогаш норм проектуьання стальних конотрукц1й; - в плоских конструкц1ях припускаетьоя наявн!сть закр!плення з плоскост! в кожному вуэл1. '

Враховути нелШйний взашозв"язок зм!кких проактуваннядо розшукуються /геометр ш-зусилля-пэрор is/, узагальнана задача на-бувае нел!н!йну форму. В1домо, що в загальному випадку так.1 задач! е мультимодальними i в1дсутн!сть доказу досягнення при Yx розв"язанн! глобального м!н!муму призводить до умовно оптимального результату. Сл!д в!дзначити, що р1шення вс!х практичних задач також е умовно оптимальними i в!др!зняються в1д теоретично опти-мальних внасл!док необх!ддост! реал1за1цУ конструктивных та тах-нолоПчних вимог /наприклад, pl3Hi показншш мають конструхц!¥ а ун!ф!кованими та нвун!ф!кованими перер1зами, запроектован! п!д д!ю одн!еУ або дек!лька навантажень.тощо/. Тому в подальшому ш>-няття "оптимальна решения" трактусться як ршепня, що мае перевагу парад аналог!чним проектом, одаржаним традац!Яно, для якого кр!тер!В оптимальност! набувае м!н!муму при обмэженнях, що в!д-пов!дають умовам проектування, Нбзалежно в!д того, якими м!рку-вшшями вони диктувться» В1рог!дн1сть оптимального р!шення задач! доводиться двома умоваш! якщо результату одержан! р!зними методами, cniвпадуть j якщо одинаковий результат одержано з р!з-них стартових точок.

Математична модель узагальненоТ задач!, що в!дображае пове-д!нку конструкц! Y п!д навантаженняы,складаеться з обмежень, як! паредають:

- умови м!цкост! при розтягу, згин! в ода!й або в двох плоскостях, позацантровому стиоку /во! позначення в!дпов!дають прийнятим в ШШ П-23-81ж/.

^¡fcJi/Afc/4,0^0, . Д/

fyfcWilMq-t,o*o, /2/

0,58fyfcЪ tm О, /3/

Vе К^/л * ^'/Мхс + * О /6/

- умови ст1йкост! при эгин1, центральному та позацентрово-му стиску в плоскост! та 1з плоскост! д!Г моменту

ЧкЯ/М^ -Ф А/

о ы

¡1 ЧеСА /лс/ /9/

^Рс¿с ^¿Лс/Лцо; /10/

РурсУе^Лс'/Ж/-/,0^0-у /и/

- обмежэння на.граяичну гнучк!сть елемент!в та перем!щення вузл1в системи

¿мох> 0\ ' /12/

&таг - 1,0 ^ 0 ; /13/

- обмеження на межи вар1ювання эм1нних параметр!в

тСп я с /м/

- конструктивн! обмеження

^ (х) ^ О. /15/

Тут: !-номер стержня /вузла/; = У шу/ ¿IX пн] -- вектор зм(Ш1их проектування, що складаеться з площ поперечник перер1з!в Л*1, координат вузл^в X , ^ та 2 , зусиль полеред-нього напруження ! » ^-¿^ • - зусилля в 1-му

елемент! в!д ^ -го навантаження; ^¿¿К - перем!щення 1-го вузла при у- -му навантаяенн! в напрямку. ^-то! координати.

Обмеження типу /15/ формуються п}д час проектування конкретной конструкд! I в!дбиваеть У! специф1чн! особливост!. До ни можна в1днести вимоги, що висловлюють умови компоновки попереч-них перер1з1в, закони зм!нення координат вузл!в конструкцН /прямол!нп!нк! або кривол11И!1н1/, залежност!, що в!дбивають зм1ни зовн1иних навантатень при вар1юван! параметрами системи; законо-м!рност1 розпод!лу зусиль або ¡тпрукань по довкин! елемент!в та 1н. УнЦ|1ка;пя перерЫв виконуеться привласненням единого номера

зм1нн1й груп! стержн!в, як! повинн! мати одинаковий первр!з.

Детерм!нована ц!льова функц(я подана у вигляд! звадення затрат. Для конструкц!Й покрить вони записан! так;

Л2^(^рЛсф^ф*^1^оОв, /16/

да перший складник характеризуе варт1сть матер!алу конструкцП а врахуванням варт!сних С1 та конструктивная коеф!ц!снт!в та п!томо! ваги стал! , другий - трудом!стк!сть виготовлення /ступеневу залежн1сть прийнято за рекомендац!ями проф. Я.М.Л!х-тарникова/, трвтШ - експлуатац1йн! витрати на об"си, обмзханнй прольотом конструкц!! ^ , П висотов М з урахуванням кута на-хилу верхнього поясу до горизонту о1 , чатвартий - стадий складник. Значения коеф!ц!ент!в т , ^ , та приймаються в залежност! в!д конструктивно! форми споруди. При необх!даост! иож-ливий перох!д ! до б!льш простих критер1св /об"ему, маси, вартос-т! матер!алу/ шляхом пзретворення в нуль в!дпов1дних складник!в виразу /16/.

Математична модель /1/-/16/ повн!стю в!дпов!дае вимогам норм проектування 1 позбавлена будь-яких спрощень, що вяг 1дно в1др!зняв П в!д !нших аналог 1чн их форм, в яких модель задач! прйстосуеться до вибраного матоду розв"язку. Новина модел! поля-гае в У* ун!вэрсальност!, що дозволяв вякоряотовувати II при проектуванн! будь- яко! система /плоско! ЧД просторово!/ з наЙ-б!льш повням врахуваняям необх!дних умов роботи конструкц!! та Т! элемент1в.

Алгоритм р!шення загальнано! задач! оптимального проектування будуеться на вйкорастанн! апробованих мэтод!в - к!нцевих олвмант)в /для статичного розрахунку/ та неортогонального проек-туванпя град!ент!в ц!льово! функцИ /для розв"язання задач! оп+ тим!зац!Т/. Обчислення починабться з деякого початкового проекту, в якому коша зм1нна набувае певного значения, яка не суперечить ТУ 1нженерному зм!сту. ... , г'-',

П!сля встановлешш необх!дних !нженерних характеристик пв-рер!з 1в елемент!в за початковлми, а на подальших кроках - за по-точними значениями ¿&С , виконуеться статичний розрахунок конструкц!! 1 за результатами анал!зу !1 напрунано-дефорлованого стану форлуеться система обмежонь,

Р1шення задач! оптим!зац!У спрямовано на кожному кроц! на пояук нових значень зм!кних, що забезгачуоть зм!аокня проекту в

Ъ-Ч-ЬВ

сторону зменшення ц!льово! функц!!. В!дм!тниш особллвосгями прий-нятого методу оптим!зацН е: використання стратег!! активних обмежень, яка скорочуе к!льк!сть обчнслвваль них операц!й за рахунок обчислення на кожному кроц! град!ент!в /пох!дних по зм!нним/ не вс!х, о лише порушених /активних/ обмежень; неортогональнЮть проектування град!енту ц!льово! функцН на л!кеар!зован1 обыежен-ня, дотичн! до допустимо! облает!} процедури компенсац!! иев"язки, яка викликана л!неризац!вю, що дозволяе в!дновлювати порушен! об-ыежувальн! умови на кожному кроц! обчислювального процесу та прис-корюс зб!жн!сть до точц! локального м!н!муму; простота формуваиня обмежень активного набору, шо виключаб ефект "прилипания" град1€Н-ту до обмеження.

Алгоритм завершуе роботу при виконанн! одно! з двох умов: ц1-льова функц1я на двох сум!жних !терац!ях мае практично однакове значения; проекц!я грзд1енту в досягнут1й точц! дор!внюб нулю, ло означае, шо град!ент спрямован перпендикулярно до поверхн! облас-т! допустиылх р!шень.

Включения зусиль попереднього напруження до вектора зм!нних потребус виконання статичного анал!зу попередньонапруженнжх кон-струкц!й 1 анал1зу чутливост1 зм1ш"<х напруженого стану в!дносно початкових зусиль. Статичний розрахунок методом к!нцевих елемен-т!в виконуеться для редуц!йовано! системи, в як!й зусилля попереднього напруження прикладаються у вигляд! двох сил,спрямованих повэдовж в!с! елемента, жорстк!сть якого зведена до зневажливо малого значения. В цьоиу ж елемент! так само, як 1 в !нших, виа-начаються зусилля самонатягу в1д ус!х зада них навантажень. Таким чином в кожному елемент! конструкцН виникають повн! зусилля, як! складаються !з суми зусиль самонатягу 1 попереднього напруження.

Сл!д зауважити, шо ц!льова функц!я незалежна в!д зы!нних зусиль попереднього напружешш 1 ц! зусилля наведен! лише в обме-женпях. Таким чином град!ент ц!льово! функцН, знайдений п!д час И дьференц!ровання за цими зуспллями, дор!в!ше нулю та при в!д-сутност! актшних обмежень прирошення зусиль попереднього напру-ження такс* е нульовими. Однако при появ! хоч би одного активного обмеження, яке заложить в!д попереднього напруження, прирошення зм!шшх в1др1з!шються в1д нуля, шо вгиивае й на проекц!ю антигра-д!енту.

Високу ефективн!сть розробленому алгоритму надае масштабу-вання зм!нних, тобто зведення хожно! компонента вектора нев1домих

параметр!в до единого порядку числа, та використання анал!зу чут-ливост! сктивцих обмежень, спрямованого на виявлешш впливу збуд-жень зм!нних на оптимальний проект. В!дсутн1сть обмежень на к|ль-к|оть зм|нних та вимог, то враховуються, спроможн!сть розв"язання широкого кола практичних задач п!дкреслюе можлив!сть застосування алгоритму до розрахунку дов!льнр! конструкцН, яка може апрокси-ыуватися Kiшево-елеиентнав моделью.

В глав! 3 розглядаеться оргац1зац1я пакету приклвдних прогрей /ППП/ "Пошук", якого призначено для розв^зання на ПЕОМ, cyutc-нях з ШЛ-ВС/ХТ/АТ, задач оптимального проектування плоских /"По-шук-I"/ та просторових /*Пошук-2м/ стержневих констртац!й. Обидв! версП, створе пня яких обуыовлено техн1чшши ыожливостяыи ПЕОМ, малть 1дентичну структуру та 1'х 6сйовнав!ды1нн1сть полягав в вико-ристаннi р!з)шх к1нцей0-елементнях програм для статичного розрахунку конструкШй. Модульн1сть ППП забезпечуе застосування взав-ыозам1ннях блок!в в обох верс!ях, а також заи!ну та доповненпя 1х складоввх 1ншими екв!валентшши програыами. Тому розроблен! ППП можуть бути використан! як для розв*язання прикладних задач, тая 1 для в!дроблення новях процедур оптиы1заиП 1 новнх постановок таких задач.

Програмний комплеко "Поиук-Х" /рио.1/ складаеться з блок!в п!дготовки даних $ |нтерактивному режим! VJELCOMFt статичного анализу конструкцП, \1 оптии!заиН ! процесорних блок!в, шо зд!й-сшзють ix взаХмодЫ. В1дбуття результате розрахунку i оптаШэа-ц!1 зд1Йснибться в граф!чноиу вот ляд! на екран! дисплея ПЕОМ блоком PLOT . До числа вх1днйх параметра в!дносяться в!домост1 про тополог)!] та матер! ал конструкц! Я, схеш прикладе пня та величина зовн1шяих нввантажень, прийнятий критер!й оптимальное«' та обиененкя» шо врвховуиться, тили поперечнях перер!з!в елеиент!в та ix вузлов! сполучення.

В блЬШ анал!зу статичняй розрахунок, який виконувться в п1д-блоках MATRS вбо MATRSP /при наявност! попераднього напружен-ня/, випередяуе визначення геометричних характеристик поперечнях перер1з!в елемеят!в. Враховувчи безперервн!сть вар!ювання зм!нних в процае! оптим!зацН, шо в!дноситься i до шуканих плои а£с , на кожному кроц! 1терац!йНого розрахунку вналог!чно повинн! зм!н»ва-твеь гёоыетричй! характеристики. Необх1дн1 залежност! для р!зно-ыан1тнкх сортачеиФних про$1л1в встановлбн! э використанняы безроз-Mlpimx парвметр!п: зведеного рвд1уса 1нерц1К перер!зу <Р"1

Рис.' I. Блок-схема ППЧ "Пошук'

коеф!ц!ента ефективност1 nepeplэу ¿Л^:

; f^i/vw:

да = \e*=L*M*; = _ йезрозшрш

параметры, знайден! для виэпаченого сортаментного ряду;

п , S - в1дпов!дно рад!ус iHepniY, висога та тарана nepepi-зу, прийнят1 за сортаментом.

Шды1чено, шо аналог1Ч1шй п!дх!д може бути застосовано такоа для стерян1в складеного перер!зу, для яких необх1дн! параметра проф1лей иожуть бути визначен! шляхом обробки двких для ряду оптимально скомпоиованих перер!з!в. Мозкливий 1нптй п1дх!д, запро-понояаний в главi 5.

Розрахунок конструкц!й з ф!ксованою на ложному кроц! геоьет-ричноо схемой виконувться на завантаження, сполучення зовн!шн1х навантажень для якнх перодбачено у вих!дн!й ! нформац! К. Найб!лыя неспрнятлква комб1нац1Я зуслль в!дпов!дав тому з Ср обиежень, сформованих за результатами роэрахунку копструкцП на койне з^ сполученъ навпнтпкень, яке стае активниы в пронес! олтим!зацН: такий п1дх!д суттсво економить об**ец оперативно* паьГяти 1ТБОМ 1 практично не в1дбивветься на чао! розп"язашт задач! оптим1зац1 i, бо при цьому анал!зуеться из во!, а ?!лыш поруиен! обнажения. Автоматизоване фориування систем» обмеяень виконувться за результатами акал1зу нвлруженого стану кожного елемента /п|дблвя ЛЛМШ/.

Блок onTHMiaauiY призначеко для обчпслення нового вектора зм!нних проектування на основ! знвчень ШльовоУ функц!|, обмэжень ! 1х грац!ент!в. i-ормувоння Шльово"! функц!!' у виг ляд 1 маси копструкцП в nporpani CtLF&f? виконусться автоматично на основ!• !нформацП, ягга пппднться про координата вуал!в система, к!льк|<л% стерхШв та пяоа! Кх поперечних перер!з1в. Ц!льов! функцП у виг-ляд! вартост! 1 зведених витрат формуиться за допомогою вирозу /16/ пиходчи з мася конструшП ! введения значень вэговпх ! вар-т|сних коеф!и!снт!в. Обчислення грпд!снт!в ц!льовоХ функиН пе~ редбпчено у двох режимах: на основ! анал!тичних вираз!в та з р.и-користпшшм ск!мчэпо—р!зницсво1 ппроксимацП.

¡Идблох OSR скормлено у вигляд! програмп-Фуш'.ии, яка за номером обиеження в!д!юп.тос його значения. В;:рази п прчгрсЛ CSC 31дпоз!дяпть ттемотичнШ молол! /:/ _ j ar.rtfn novpitfeoro 5 - - i-S

обмеження здШснюеться з використанням вх!дно! !нформац!! про ти-пи.обмежень та !нформац!! про напружений стан, то поступав з блоку анал!зу.

Програмою 1Г1ЭМ кожному обмеженню лривласнюеться порядковая номер та формуеться допом!жний список активних обмежень, який вм!щюе поил1довн!сть ix порядкових номер!в. Такий прийом передбачае переупорядкування масив1в обмежень та рядк!в матриць без ф!зичного перем!шення останн!х, проводячи необх!дн! перестановки лише 1ш !ндексному р!вн!. На ц!й п!дстав1 в п!дблоку обчислюються коеф1ц!енти чутливост! активних обмежень 1 формуеться матриця чутливост! активних обмежень. 1 Формуеться матриця чутливост].

Дал! в п!дблоку 1/А/ формуеться матриця, шо проектуеться, внасл!док чого обчислюеться новий капрямок спуску 1 значения зм!нш1х, шо нокрашують проект в допустим!й облает!.

Орган!зьц!я взаемод!! блок1в апал!зу та оптим^апП зд!йсню-еться за допомогою процесорпого блока СЙАНбЕ , метою якого в переведения зм!шшх проектування в систему вх!дних параметр!в, то записан! у форм!, яка потр!бно для блока внал!зу.

Перстиореш:л всереден! процесора не обмежуються формальними зм!нешшмл, а вм1шують так! обчиславальи! процедури, як масшта-бувашш зм!шшх, !х об"еднання в групи вносл!док ун!ф!кац!!, вра-хувашш вимог симетр11 та !нш! прийом», шо забезпечуать одекват-ний опис копструкцН.

Шрог!дн!сть роботи алгоритму та пакета прикладних програм проанал!зована при розвиязанн! тестових задач, як! досить широко використовуються для ц!е! мети. Результати отриман! !ншими авторами р1зшши метода.™ оптим!зац!!, практично сп!впацають з дани-ми розрахунк!в, що виконан! з допомогою ШШ "Пошук". На приклад! попередньо напружено! шпренгелыю! балки продемонстровано досяг-иончя одного ! того ж оптимального проекту з р!з(шх стартових точок.

В глав! 4 вивчен1 особливост! формування оптимапьних геомет-ричних схем наскр1зних коиструкц!й та питання пошуку оптимально! тополог!I системи.

На прикладах проектування ферм покрить /з паралельними поясами, двосхила малоелсментна, типу "арка !з затяжкою"/ дослужено вплив вих!даих даних, шо визначапть призначення об"бкт!в, матер!ал ! типи перер!з!в елемент!в, критер1й оптимальност! та р!вень врахувашш конструктивних вимог, на !х олтимальн! геа.ют-

ричн! схема.

Анал!э отриыаних результате виявив суттеву залежн!сть не т!лыш металоемкост!, але й геометричних параметр!в в!д розгля-нутих фактор1в. Так, застосування р1зцих проф!лей в елементах ферм /спарованих кутник!в, широкополочних тавр1в, труб/ призво-дить до зм1ни оптимально Y висоти kohctpvkuIY в достатньо широких межах /20-30$/. Суттвво впливае ! ун!ф!кац!я перер!з!в, бо ско-рочення числа типорозм!р1в зб!льауе висоту до Аналог1чно зм!ншться параметра геометричних схеи ферм, для яких внасл!док в!дм!нност! значень граиичних прогин!в, в процес! оптим!зацИ активними ставали pisni обмеження. В той se час зб!льшення роз-рахункового опору стал! пояс!в, хоч I суттево знижуе металоем-KicTb, практично не впливае на оптимальку геометр}» - оптимальна висота зыеньшуеться до 5^',

Сл1д в!дзначити, шо на оптимальну геометричну схему конот-рукцИ впливае ! попередне призначення того чи lirnoro параметра за будь-якими м1ркуваннями /один з окремих випадк!в узагальненоК задач! оптимального проектування/.

Результата викоианого анал!зу св!дчать про тд.що загальн! рекомендацП' по призиаченна сп!вв!дношень генеральних розы!р!в, розроблен! для баГатьох конструкции, можуть бути суттево скорек-тован! при врахуванн! вс!х фактор!в, шо на них впливають, тому оптимальн! геометричн! параметри сл!д в!дшукувати п!оля конкре-тизац!¥ техн!чного завдання на проектуваная 1визначення мети оп-тим1зац1У. При цьому шжливе завдання по р!зним м1ркуванням тих чи !ншях парвметр!в, а також пошук hoboí тополог!1 системи в 1н-терактивному режим!: !з системи, шо мае дов!льна, в тому числ! i "надм^ршз" число стерян!в, посиПдовно виключаиться елементи, по-перечняй nepepi3 -яких иадляхаеться до нуля /ознакоп "виродаеняя" стержня може бута активн1сть обмежень на його граничну гнучк!с'ть/ або в!с! яких "зливаються", тобто наближиоться м!ж собой на в!д-стань, моншу-за гайарити поперечних перер!з!в стержн1в. Якшо вузли в процес! розв"язвння зближуються м!ж собой на в!дстань, мвншу за габарити деталей íx конструктивного оформления, один з них також може бути вилучен з системи, шо анал!зуеться.

Щсля коректировки геометрично! схеми процес YÍ оптим!зац!1 повториться до пояди нових тополог!чних зм!н. При кьому контро-люються значения ц!льово¥ фушсцП, як! ие повинн! зб!льшуватись п!д час перетворешш система /рис. 7J.

При пошуку оптимально!' тополог!? конструкций вилвлэно ряд

+

12, < М/п

6Д1 кН/м

[шл'ггттптпт^гп 11. м;.\ м. п

тггттптгтгпттптт 111111111 м м

/зжо

5.

Рис. 2. Схеми малоелементноУ ферми а - базова; б - оптимальна; - в - прийнято

особлявостей. шо в1дбива,оться на к!нцевоыу результат!. До них в1дноситься иеобх!дн!сть коректировки роэряхунковоУ схеми конст-рукцН, в тому числ1 схем 1 значень вузлових навантажень. В той же час для систем, шо навантатен! розпод1ле1шми навантахеннями, Ух значешш збер!гоють стал1сть при тополог!чмих перетвореннях. Сл!д також в!дзначити, шо запропонована стратег1я пошуку оптимально! топологи конструкхШЧ дозволяв проапал!зувати ефоктквШсть прийнятого проектного ршоння 1 виявити тевденцП вдосконалення то! чи !1шоУ конструктивно!' форми.

Розроблсний метод, алгоритм ! пакет лрикладиих програм ви-користан! для досл!джешш, анал!зу ! розробки репомендаи!й по адосконаленню констругицй !цд1ш!дуачыюго призначення - комб!но-

ваяих ваятовях систем /глава 5/ I просторових реш!тчастих опор-нюс блок!в морських стац!онарних платформ /глава 6/.

Для попэредньо-напружоних комб1нованих вантових систем за-пропоновано такой анал!тлчний метод визначення оптимальних пара-мотр!в, побудований на принцип! декомпозиц!У задач 1. На партому етал! визначення параметр!в напруженого стану 1 розм1р1в панелей балки жорсткост1 ведеться за критер!ями рац!онального УК проек-тування /балка е найб!лын матер!алом!стким елементом конструкц!! ! може бути спроектована рхвиог.-оментною або р1внонапруженоп/, а на другому - в1диукуетъся оптимальна висота ¡ло!пв за умовами мИпмуму вартост! материалу конструкц!У.

Призначений характер розпод1ления зусиль в балц! забезпе-чуеться вибором вертикальних складових полних зусиль у вантах^' /сума зусиль самонатягу, що виникають в понапружен1й статично невизиачн!й систем1, та зусиль попвроднього напружоння/ 1 в!дста-нями м!ж точками Ух прикладання(й;,-£?Д При цьому балка незалежно в1д типу И конструктивного р!шоння розглядаеться як суц!льний стержень, заволтаконкй вкв)валенгним р1впом}рно рээпод!леним на-вантажоиням. В р!вномоментн!й 0алд1 вир1внюються згиншач! момента в прольотних та опорних /в м!сцях эакр1плення вант1в/ порер1зах, Отримана за ними умовами система квадратних р!внянь розв"я£., Е-ться в загалыюму вигляд!, а един!сть ТУ р1шення забезпечусться вибором корн1в р1внянь, значения якях не пор-лпуе (нжеяерного зм!сту задач1, За допомогою методу математичноТ !ндукцН, який дозволяе перейти в!д окремих тверджень до загальнкх, шукал! па-раметри представлено в залежност! в!д числа вант Л. :

^^/«'«яул-еще-тз/^фш

де (XI- в!дстань в!д л1воУ опори до вуз л а закр!пленпя 1-тоУ ваяти.

Для одержання ргвнонапруженого р!шешш розпод хлогшя зусиль в!дпов!дае принципу: максимально поэдовжн1й сил! в!дпов!дав м1н!мальний за абсолютною величиною згинаючий момент 1 навпаки. Враховуючи залежн!сть розпод!лення поздовжн!х сил в балц. в!д схеми розм!щоння вант1в задача вир!шепа для шести розглянутих комб!нованих валтових систем / рззп!рних и безрозгпрних/. Система квадратних р!внянь, що висловлюе р!вн!сть площ попэречних перерыв в прольот! 1 на опор!, мае едино розп"язачня, що дозволяв подати його в загалыюму вигляд! для кожноУ схеми конструкц!Т.

Знайден} на паршоыу етап! параметра визначатоь повн! зуовд-ля в ус!х элементах конструкцН, виходячи з яких формуеться ви-раз маси або вартосг! матер!ал!в системн, Дифаренц}шш;ням отри-маних вираз!в /для шести охем/ за зимними висотамн п!лон!в та закладанням в1дтяжок /для розп!рних систем/ отриман! вирази, що валахать в!д к!лькост! вант!в, для визначення оптимальних значащ. шуканих величин.

Враховуючи високу чутлив1сть ц1льовоТ функцП, яка вислов-люв прийнятий кратер!Й оптимальност1 комб!нованоУ системи, до вар!ант1в зм!нних, в 1ШП "Пошук" зроблен1 доповнення, що в!дби-вають ц! особливоот! конструкц!й. Пощук оптимального проекту аа-безпачуеться вибором початкового наближення, для чого використо-вуеться анал!тичне р!шення, та Накладанням додаткових обмежэнь, як1 описують умови компонування окладених перор1э1в коротких елемент!в 1 розподIлення згинавчих момент1в в балц! жорсткост!

1Ма/*Ь1Мом^О, /19/

до ¡Мпрс!, IМонСI - абсолютн! значения згинавчих момент!в В1д-пов!дно в середен! панвл1 балки жорсткост! ! в м!сцях закр!плен-ня Бант!в.

Для окладених дватьврових перэр!з!в розроблено нов1 без-!терац1Йн1 аягоритми, кк! дозволякть скомпонувати !х оптимальний вар!ант за поточням значениям площ! , а пот!м знайти необх!д-н! геометричн! характеристики. При Цьому реал!зован! в1дом! озна-ки оптимальност! перар!з!в: максимальна тонкост!нн!сть полок ! от!нки за умовами забезпечоаня Тх м!сцевоУ ст!йкост!^ р!вност!й-к!сть .1 технолог!чн!сть /ширина полок стиснених елемент1в на пе-ревюцус висоти ст!нки/.

Оптимальний парер!з еламенту, що згинаеться, формубться при максимально гнучкост! ст!йкоТ ст!нки. Розм!ри, а також 1 гао-метричн! характеристики центрально-стиснутого олементу висловле-н1 через оптимальну гнучк1сть стержня, яка зйайдена за умовами його р!вност!йкост1, ! в!дношення площ! полки до загальноУ пло-щ!, що визначаеться з урахуванням оп.1вв1дношення розрахункових довжин. Для позацантрово-стиснутого стержня оптимальна гнучк!сть в плоской! дП моменту в!дшукуеться як для екв!валентного центрально-стиснутого стержня, завдйки чому шукан! характеристики пэрер!зу подашься в залежност! в!д максимально* гнучкост! ст!нки 1 сп!вв!даошення площ! ст!Нки до площ! всього перер1зу, вирази для визначення яккх отрйман! методом множшно! покроковоТ рогресП'

!з анал!зу параматр!в оптимальннх парер!з!в, що скомпонован! 8а р!зними вих!дними даними.

Пор!вняняя результат!в анал1тичного 1 чисельного р!и9ння задач! внзначення геомотричних параматр!в комб¡новаяих вантових систем показують Ух практичний зб!г при д!У р1вном!рно розпод1ле-ного навантаження, яка прикладено до балки жорсткост!, що дав основу стварджувати, що вибршт стратвг!я оптим!зац!У дозволяе в випадку, яхий розглядаеться, наблизитися до глобального м!н1муму ц!льовоУ функцП.

Всталовлвно, що найб!льш рацзональними „ конструкд!У з р!в-номомантними балками жорсткост! ,перзр!зи яких зм!нюються в кож-н!й панел!. Р1внонапружен! балки пост!йного по всьому прольоту парер!зу завжди на 3-7% дорожч! н!ж р1вномоментн!, Значения в!д-носних виоот п1лон!в виявлягться досить великими для одноп!лон-них систем /0,3-0,4 прольоту/ 1 знижуоться для двохп!лонних /0,2 прольоту/.

Оптимальна закладання в!дтяжки в роэп!рних системах завжди б!льша одиниц! /р!вн!сть одиниц! в!дпов!дае м1н!муму витрат на ванти, а но на всю систему/, однак в!дступ в1д нього незначно по-значаеться як на висот! п!лон!в, так 1 на вартост! ус!вУ систами.

Виб!р тополог!У комб1нованих вантових систем виконано о-р!внянням оптимаяьних значань Ух вартостей, знайденкх при г>!зн!й к!лькост! вант!в. Встановлано, що для рэзп1рних систем м!н!мум вартост! матер1ал!в досягаеться при 13-20 вантах внасл!док р!зко-го /до 65-90$/ зниження витрат стал! на балку жорсткост! за раху-нок змешэння в на У згинних з ус иль. В той же час вжэ при невелика к!лькост1 вант!в варт!сть маь. достатньо стаб!льн! значения, як! в!др!зняються в1д оптима-.ъних до Ъ%. Виходячи з цього, число вант, що рекомендуеться для розп!рних систем становить 4-5, а безрозп!рних - 3-6. Застосування менше двох вант!в недоц1льно, тому що в такому випадку маса балки жорсткост! !стотно зростае ! становить б!льша як 50% маси вс!еУ конструкц!У.

Ща одну групу досл!джених конструкцШ складають морськ! стаЦ!онари! платформи А'.СП/, що приэначен! для розв!дки та видо-бутку вутлеводневоУ спровини на континентам тому шельф! мор!в. Незважаючи на !снуюч! загальн* принципа компонування ШТ, вони с об"ектами 1нд!в1дуального проектувшшя, на як! суттево впливають рог1ональн! умови буд!вництва. В цьому зв"язку виконан! досл!д-ження обмежен! умовами Азово-Чорноморського ро'чону, ресурси яко-го оц!нюються в 2,4 трлн.м3 газу, серод яких 1,4 трлн.м3 припадае

на п1вн1чно-зах1дну частицу Чорного моря. PerioH, що розглядаеть-ся, характеризуеться наяшпстп акваторШ, що замарзають, мае в!д-пов!дну виробничу базу для виготовлення та монтажу конструкц!й в uopt. Ор!ентац!я иа транспорта! та вантажоп1дйомн! плавуч! засо-би, як! е, диктуе спос1б монтажа конструкд!й /малими блоками/, що в!дображасться 1 на конструктивних решениях опорних частин МСП, як1 на глибянах до 30 м, що вхо освоен!, прийнят! нол!блочни-ни, за винятком льодост1йких платформ, для яких опорна частина з матов эниконня льодового навактажанпя виконуеться в вигляд! одного блока.

Розширення район iв видобутку та перех!д на б!льш! глябини /б!льш за 60$ запас!в газу, що розв!дан!, знаходяться на глиби-нах 50-100 м/ потребуе розробкя нових конструктивних piaiaHb, по-шук яких здШснен з позиц!й оптимального проектувшшя. Для в!-добракешш специф!ки МСП вшсоиа»i додатков1 досл!джоння, резуль-тати яких мають ще й сачост!йне значешш.

На баз! анал1зу робочих крослонь 7 npooKTin, що були розроб-лан! в I974-IS80 рр. для МСП, як! являють гпбою основн! типи Конструктивных piuera. periona, встановлан! конструктиш! коеф!ц!снти основних елекант i в опорках блок!в, що викорастан! дал! для визиа-чвкня фактичних нас конструкц!й. В!дзначеко, що значения коеф!-ц1ент!в перевитрат матар!алу при п!дбор! порер!з ¡в коли-

ваеться в значних межах /наприклад, для опорних стояк!в максимальна значения tyn складае 9,5/ i мають загальну тендонц1ю до зшныаення з зростанням глиб1ши моря. Враховуючи необх!дн1сть збврекення ун1ф!кад1 Y napepialB при оптимально^ прооктуванн! опорних блок1в, паревитрати матерiаду у наЯб!лъш н авантажному елемент! зберегалися на píehI, що вганачен середн!ми м!н!маль-шша значениями Wn , як! складшоть для стояк!в - 2,08, горя-зонтальнях в"яз1в - 1,73, розкос!в - 1,42. Для лъодост!йких платформ т! к коеф!ц1бНтп становлять в!дпов!дно I.GI, 1,33 и 1,18. Буд!вельний коаф!ц1ент, що в!дображае масу допом!жнюс деталей для onopiHX часткп МСП, стпновить 1,15-1,3.

Для 16 збудованих МСП випчено витрати, склад техлолог!чних о по рад i ¡i на вйготовлення та монтаж конструкц!й, а також труда ем -к!сть основних роб!т. Иа баз! одоржаних даних встаиовлоно вяра-зк ц!льових функц!Я, що в!добракагать фактичн! витрати матер1а-л!в, трудоемк!сть та варт!сть виготовлення та монтажу з ураху-тннчм техн!чних можлияостой, що харгжгирнт для бор.тового по-л!гона IsO Чо^ночорна^тэгаз та Чорномортах^лоту. БпрЛсть бито-

товлення враховуе специф!ку орган1эац11 роб!т, пов"язану э долу-ченням для збирання та зварки конструкц!й на т1льки берегових, але й плавучих кран1в. При оц1нц! витрат на роботи в мор! врахо-ван1 кошти, що витрачаються на оренду р!зних комплект!в суден, як! використовуються для ц!еУ мети. Анал!з одержаних вираэ!в п!дтвердив !х в{рог1дн1сть шляхом пор!вняння з фактичними данями - розкид теоретичних та фактичних значень трудом!сткост1 та вар-тост! виготовлення не перевшцуе 10%, а для аналог¡чних показник1в по монтажу - 15%.

Значения хвильових навантажень на препону, що обт!каеться, залежать в!д роэм!р!в остаинъоТ. Враховуючи необх1дн!сть корлгу-вання гор!зонтальних вплив!в при вар!юванн! розм!рами поперечних перер1з!в елемент1в, розроблена 1нженерна методика визначення на-вантажэнь в!д хвиль та теч!й в залежност! в!д д!аметра трубчао-тих стержн!в. Для параметр1в хвиль п1вн1чно-зах!дно1' частини Чор-ного моря розглянуто д!апазон глибин в!д 30 до 100 м та одержан! значения хвильових навантажень при одииичному д!аметр! вертикаль-них стояк!в.

Навантатания, що п!драхован! для р!зних глибшг моря, склали ряд спостережень, анал!з якпх методом множинноУ покроково'1 рег-рес!1 дозволив визначити вирази для складових хвильового нашанта-ження в залежност! в1д д!аметр1в стержн!в. Пор!вняння навантажень, визначених по методиц!, що пропонуеться, з норлативними значениями демонструе Тх розб!жн!сть до 11%.

Основними елементамя опорних блок1в с вертикальн! стояки, що виготовляються трубчастими або комплексниыи. Останн! складаю-ться з двох ч1 б!льша стальних труб, що розташован! концентрично, запони м!ж якими заповнен1 бетоном. Так! перэр!зи використан! в льодост!йких платформах з метою локального п!дкр!плення стальних стояк!в на участках, де д!ють зпачн! попоречи! сили. При визиачен-н! несучоУ здатност! комплексного елемента наявн!сть бетону в пе-рер1з! не враховувалась.

Досл!дясенню м!цност1 трубобетоних елемент!в та сум!сно¥ ро-ботй обойми ! заповнювача присвячен! роботи О.А.Довженко. 0.1.XI-к!на, Л.К.Лукш!, В.О.Росновського, Р.С.Санжапвського, ЛЛ.Сторо-женка, В.А.Труля та !нших вче'-чх, але використання розроблених ними мэтод!в для розрахунку сталевобетоних стержн!в к!льцевого перер!зу утруднено внасл!док в!дсутност! в них урахування сум!с-ноЧ роботи заповнювача з внутр!шнею обоймою. Д-'.л цього можно ско-ристатися чисельними методами теорИ багатошарових пластин та

оболонок, розробц! яких присвячен! прац1 А.Т.Василенко, В.В.Власова, Я.М.Григоренко, О.О.Расказова, В.Г,1Пскуиова, О.С.Сахарова, В.К.Чиб1рякова та багатьох !ншюс, але з практично! точц1 зору для конструктора необх!дна методика, яка дозволяе в межах оптимального проектування конструкцЦ п!дбирати перер!з элемента. Для П розробки проведен! теоретичн! та експериментальнi досл1джання роботи сталевобетоних стержн!в к!льцевого nepepisy при центральному та позацентровому стиску.

Для вивчення механ!зму роботи комплексного перер!зу вицробу-вано 10 сер!й зразк!в /по 3 в кожн!й сер!!/, що в1др!знялися способом передач! осьового навантаження, м!цн!стю заповнввача, диметром внутр!шньо! труби та довжиною. Вперша експериментально виявлено особливост1 напружано-деформованого стану на р!зНих ста-д1яг роботи зразк!в. При передач! осевого навантаження на весь . перер!з його робота на I стадй' визначена силами зчеплення м!ж бетоном ! сталлв. Однак ц! с или u ai! /не перовищуют м!цност! бетона на розтяг/ i п!д д!сю сале стиску, що пост!йно росте,зов-н!шня оболонка в!дааровуеться в!д бетона внясл)док р!зниц!м!ж коеф!ц!ентами поперечно! дефорыацП стал! та заповнквача 1 пра-цре на одаоосьовий стисн Al стадия/. Коли налруження » бетон! досягают. р!вня 0,5 XVI. - призывна м!вн1сть. бетону/, в кьому починасться процео и 1кротр!щиноутворення, що дозволяе йомузнову встугштн в контакт з зовн!шньоо оболонкою № стад!я/, що збор!-гаетьоя в* до вичарпаннй Насучо! здатност1 зразка при сум!сно! робот! ycix компонент!в,

Пря передач! навантаження т!льки на труби п!сля подолашш спя зчеплення И1ж сталлв та бетоном зош1шня труба Працюе на од-ноосьовий стиск /I та П стад!!/ ! несуча здатн!сгь зразка визна-чаеться м!цн!стю зовн!шяьо! та внутр!шньо! оболонок. Внасл!док цього несуча здатн1сть таких зразк!В, а також i контрольних, що були виконан! т!льки з *руб /без Задовнгоача/, практично зб!гла-ся. Передача навантаження т!льки на бетон забезпечуе сум!сну роботу компонентia Перер1зу в!д початку випобувань аж до Втрати несучо! здатност! /11 стад!я/, яка чиниться нар!вн1 показНик!в зразк1в парного ткну, ала супроводаться розвитком деформац!Й на 30-40% б!льших.

В результат! досл!джень, що виконан!, встановлено payioHa-льн1сть передач! невантаження на весь перер!з або т!льки на бетон, тому що в цих випадках несуча здатн1сть на 48 та 45$ вище н!х при передач! !! т!льки на труби, як це передбачено в за-

проектованих та зведенних опорних частиках МОТ.

Виходячи з аяал!зу експериментальних дата встановлено, що п1двшцення несучо! здатност! та зниження деформативност! зв"яза-н1 з зб!льшенням м1цност! бетону. Однак ефективн!сть його вико-ристадня /в!дношення фактичних напружень в бетон! до його приз-меноТ м!цност!/ при цьому знижаеться. Для рац!ональноТ роботи батону необх1дно, щоб жорстк1сть заповнювача не пер9б!льшувала половина Жорсткост! металевих труб.

3 ростом довжини стержн!в Тх несуча здатн!сть знижаеться, що пояснювться впливом поздовжнього згину, я: з проявляешься при в1дношенн! довжини до д!аметра стержня б!льш 4. Врахування цьо-го явшца мохллвв при використанн! коеф!ц!ента поздовжнього згину, знаЛданого по формул! ЛЛ.Стороженка, яка була одержана для трубобетоних елемапт!в.

Сл!д в!дзначити, що нар!вном!рн!сть напружано-даформованого стану зовн!шньо! та внутр!шньо! оболонок /вКутр!шна труба завлщи знаходиться в умовах всеб!чного стиску/ пов"язана з нел1н!йн!стю деформування бетону та зм1нн!стю нормальних напружень по пере-р!зу бетонного шара, що вязначае р!знидю модул!в деформац!й в точках з р!знкми напряжениями. Ця залежн!оть описуеться за допо-могою (нтегрального модуля де£ормац!й та по результатам ексгзри-мент!в на баз! регрес!йяого анал!зу була уточнена в дан!й робот! для точок контакту з внутр!шнею та зовн!шною оболонками.

За розрахунковий граничний стан елемэнт1в, стиснутих центрально, прийнято досягненНя зведеннимя напружепнями, що виникають у зовн!шн!й обойм!, границ! текучост1. Компонування перар!зу ве-деться в припущена! р!вност! дефо^мац!й заповншача та оболонок по межам контакту при умов!, що в граничному стан! бетон працюв на всвб!чний стиск в!д навантажоння та реактивного впливу обойми. М!н!м!зац!я маси або вартост! елемента виконуеться з враху-ванням забеэпечення м!цност! та ст!йкост! стержня при обмеженнях на напрунення в бетонному к!льц! та внутр!дш!й обойм!, на ефек-тивн!сть використання бетону при зм!ниому модул! деформацП ма-тер!алу та на м!н¡мальцу товщину бетонного.шару, що визначаеть-ся технологиями вимогами,

Вкпробування стиснуто-з!гнутих стержн!в провадилися при пост!йном осьовом навантаженн! та зм!нн!й попэречн!й см!, що пост!йно зростала до вичерпання несучо! здатност!. Виявлено, що так! стержн! перестають задовольняти умовам м!г"ост! набагато ран!ша втрати ст!йкост1. За граничний стан прийнято досягнення

поздовхними стискаотими напруженнями в зовн!шн!й обойм! границ! тэкучост!, а напруженнями в стиснут № зон1 бетону - призмано! м!цност!. Бри цьому припускаеться додзржування г!потези плоских перер!з!в та умов р!вноваги для перер!зу, що розглядаеться, при в!дсутност! роботи бетону.в розтягнут!й зоц! ! в|дпов1дност! втор напружень в батон! та стал1 прямол!н!йному обрису.

3 диференц!йного р!вняння другого порядку пружньо! л1н!! в середньому парер!з! стержня при поздовжньо-попаречному згин! от-римано загальне розв"язання для визначення прогину елвманта, а пот!м ! л!н!йне р!вняння згинавчого моменту в тЫ жэ перер!з!. 1нтегруя умови р!вноваги з врахуванняы плоского розпод1лу дефор-мац!й по поперечному Перер!зу одар;кан{ вирази для визначення в граничному стан1 Л' и А/ для двох основних випадк1в, пов"язаних а розташуванням стиснуто! зони в межах ! по за межами внутр!шньо! труби, що регулюеться значениями центрального кута, який обмежуе стиснуту зону по рад!уоу зовнйаньо! обойми. Значения цього кута одержан! по результатам числових досл)джень методом множинно! покроково! регрес!!. Задача п!дбору перор!яу стиснуто-з!гнутого стержня вир!шойа при тих жа обмеженнях, що прийнят! ! для центрально-стиснутого елементу, при умов! перовищення граничите зна-чань нормально! сили та згинавчого моменту фактичних величин.

Досл1даення, що проведен!, спрямован! на врахування специ-ф$чних особливостей проактування опорних частий МСП. 1х результата дозволили доповнити ППП "Пошук" програмними блоками, що Сризначей1: для визйачекня навантажень в1д хвиль та теч!Й на конструкц!! в залэшост! 8!д текучих значен!. д!аматр!в елемен-т!в /як зм1нн! проектування при розв"язанн! задач оптич1зац!! опорних блок!в МОП кр!м координат вуэл!в прийняти не площ! пе-рвр1з!в, а д!аметри трубчастих елемент!в/ з эведенням !х л!н!й-них значень до Вузлових} для обчисленНя Шлъово! функц!! /мася або вартост! конструкц!!, що виготовлена чи змонтована/; для п!дбору к!льцавих пзрвр!з!в сталавобетоНих стержн!в. Для р!зних тип!в платформ виконан! Числов! досл!джения, спрямоваи! на вияв рац!ональних конструктивна р!шень опорних блок!в, виб!р типа реш1тки та пошук оптимального кута нахилу стояк!в. На баз! по-р!вняння оптимальних р!шень та анал!зу одзржанах геоматр.лних схем встановлен! основн! налрямки вдосконалания конструктивних форт опорних блок!в, що забезпочуе зшктакня !х матер{алост.жост!: перех!д в!д найб!льш розповсюджених пол!блочних до моноблочних

р!шень; зменшеияшлькост! опорних стояк (в з розм!щенням еле-мент1в, необх1дНих для кр!плення розрахункового числа паль, в придонн!й частин!; використання призматичних опорних блок!в, найб!льш зручних в технолог !чному в!дногаанн!, на глибинах до 50 м, а п!рам!дальнйх - на больших глибинах; скоротчення попе-речних розт,ир!в опорта блок ¡в б 5 ля ваторл!н!У з метоп змэншення хвильового навантанэння на споруду; застосування нап1врозк!сноУ реш!тки в наскр!зних конструкндях, використовуючи христову ре-ш!тку при необх!дност! забезпечення п!двицено1' жорсткост! конструкту або з метою зменшення поперечного розм!ру платформи у морського дна.

В глав! 7 даються в{домоет! про викорястування результат!в дисертац!йно1 роботи та IX техн!ко-економ!чну ефективн!сть. Наведан! приклади оптимального проектуванпя панелъно-шпренгелъноУ системи, застосованоУ в покритт! буд!вл! теплоУ стоянки буд!ве-льних машин в м.Симферопол!, попередньо-напруженого покриття цеху по переробц! скрапа мэталург!йного заводу, просторовоУ конст-рукц!У покриття спортивно 1' арени, комб!новш{о'1 вантовоУ системи для споруди, призначеноУ для пероутворення обиекту "Укряття" Чор-нобильськоУ АЕС в еколог!чно безпечну систему. 0пт:мальн1 р!шен-ня, що приводиться, дозволили суттево /в!д 8 до 14$/ знизити ма-тер!алоемк!сть конструкц1й за рахунок вибору Ух геометричних па-раметр1в та зусиль попареднього напруження, що забезпечили оптимально розпод!л внутр!шн!х зусиль та матер!алу в системах, що розглянут!.

Рекомендац!У по форлуванню конструктивних схем олор1ИХ бло-к!в МСП, метод оптимального проектування та методика розрахунку сталевобетоних стержн!в к!льцевого перер!зу знайшли застосування при проектуваш! та реконструкц! I ЛГОП "Голицино-4"/ к!лькох платформ для Чорного моря.

Для льодост!йких платформ запропонована нова конструкц!я вузла опирання палубноУ буд!вл! на опорн! стояки, що забезпечус передачу вертикального навантаження на ус! компоненти комплексного перер!зу. Доц1лыпсть розробленого р!шення п!дтверджвно результатами натурного вяпробуванЯя льодост!йкоТ платформи "Стрел-ка-5" в Азовському мор!. Деформац!У в зовн1Шя1х трубах в1д горизонтального навантатешш, що 1м1тутъ тиск льодового поля,найден! експерименталыш, дозволили пор^вняти фактичн! напруження з теоретичними Ух'значениями. Найб!лыя влучний зб!г В1Дм1чено для випадку, коли розрахунковий перер!з опорних стояк!в складають

т!льки стальн1 труби /без врахування заповнювача/, що св!дчить про те, що в реал!зованому вар!ант! вузла опирання палуби /реак-ц1я палуби перйдаеться т!льки на труби/ наявн!сть бетоного заповнювача ыайже не вплг ае на насучу здатШсть стояк!в.

При передач! вертикального навантаження на весь перор1з зни-кання виграт матер!ал!в на опорн! стоя1си для МСП "Стрелка-5" та "Харкин!тська-19Н складае в1дпов!дно ЗГ и 18/2, що св!дчить про високу ефективк!сть запропанованого р!шення. При приблизн!й р1в-ност! несучих здатностей стояк!в, що пор1внюються, д1аметри зов-н!шшх труб в запропоновелих вар!антах суттево зменщен1 /наприк-лад, для ЫСП ^Стрелка-5" в!д 1420 до 1020 мм/, що в свою чергу зяижуе хвильове та льодове навантаження на опоруду.

Анал!з структура вартост! МСП, що змоктовая! в Азово-Чорно-морському рег!он!, показуе, що монтажш роботи в мор! складають ыайже 50% во!х витрат на буд!вництво, Така висока варт!сть монтажу пояснюеться витратами на оренду флоту, за допомогою якого конструкдП транспортуютъся та монтуються в1дносно малими блоками, а також великим терм!ном роб!г. В зв"язку з цим ще один шлях /кр1м снижения матэр!алоемкост!/ вдоскоиадання конструктив-них форм опорнях блок!в полягае в п!двищенн! р!вня береговой го-товност! конструкц!й, эниженн! числа монтажних одиниоь, обмежен-н! використання суден та плавучих кран!в, що в результат! приводить до скорочення термЫа буд!вництва.

Запропонован! нов1 техн!чн1 р!шення опорних блок!в МСП,як! п!дтверджон! пятьма авторськиыа св!доцтвами 1 в!др!зняеться ра-ц!ональн!стю форм, при роэробц! яких реализован! так! принципи: виконання опорю У частили в в кг ляд! моноблока, що забезпечуб хонценхрац!ю матер!алу в опорних колонах, що дозволяв зб!льщити Ух д!аметр, отжз 1 створитй певний запас власноУ плавучост!} звуження конструхд!й в р!вн! хвилюваяня моря з метою зменшення хвияьовях вшшв!в; застооування наскр!зних опор призматичноТ форми на великих глибинах, що п!двищуе технолог!чн1сть Тх виго-товлення; розм!щення в придоннйчастин! коротких стояк!в, що дозволяв закр!питя потр!бну к!льк!сть паль /рис, 3/.

Опорний блок, що трансформуеться, транспортуеться на м!сце влалтуваняя з заотооуванням власноУ плавучостД та монтуеться баластировкою внутр!шних запоя трубчастих стояк 1в. Проведен! експериментальнI досл!дження модзл! такого блоку масштабом 1:31,555 з забезпеченням геометричноУ та ваговоУ под!бност!, Випробування проводились в басейн! Шституту г1дромехан!ки АН

¡и N1

ш--Ч ....

а.

првдоний блок , "вп1вр1гель

"лзевий блок

йю.З, Балластована платформа "Базова " а - в транспортномуполозсенш ; б - в процесс! занурення ; в - б проектномулоложешн.

УкраУни з моделюванням умов транспорт/ваша на тих!й вод1 та на регулярном хвилюванн! при р!зних половдннях модел! в!дносно до фронту хвиль, а також в прочее! влажгувачня в прооктний ртан.По результатам експэрименту розроблен! рекомендацП по корегувашш конструктивного р!шення та по вибору режиму буксировки та затопления об"екту.

Запроноване р!шення застосовано !нститутом ШШшельф /ы.Сим$ерополь/ при розробц! крзелань платформ "Штормова-Г?" Лорне море, глибина Б4 м/ та "Базова" /Чорна море, глибина 100 м/, В пор!вняин! з !снуючимн р!шеннями економ!чка ефектив-н!сть новях пропозиц1й Шдтвердаана знижешшм вартост! монтажу в!дпов!дно на 37,7 та 45,5% I тривалост! роб!т в мор! в 2-2,5 рази,

Результати проведених досл!джонь дозволяють зробити так1 висновких

1. Розв"язана крупна науково-техн!чна проблема проектуван-ня отальних отержневих конструкц!Й, що визначае виб1р иайкращо-го конструктивного р1шоняя споруди, загальний характер якоУ п!д-краслюеться не лише зм!книмИ, як! при цьоку розглядаюгься 1 включать параметра напружано-дэформованого стану ! гвомэтричних ехэм конструкц!Й, ала Й можлив1стс розгляду в межах УУ вир)шання р!зних окремих випадк!в, як! зустр!чаютьоя на практиц!. Ун!вар-салЫ!1сть розроблёного методу р!шання узагальнеНоУ задач! оптимального проактування забезпечена викориотанняи! обчислювальних процедур ыаштабування, анал!зу чутливоот!, компенсац!! нев"язки, як! п!двищуш> ефективн!сть эапропоновайого алгоритму, в!дсут-н!стю обмежань на к!льк!сть змШних ! вимог, що враховукться, а також можлив1стю застосування до оПТиц1зац?! будь-якоУ система, що апроксимуеться к!нцавоиеламвНтною моделлю.

2. Розроблен! науков! основа проактування отальних отержневих конструкц!й, як! м!отять у ооб! основн! положения, узагаль-нен! ознаки тополог!чного перетворення сиотеми, особливост! фор-мування оптимальних геомэтричагос схем ! мзтодику пошуку Ух оптя-мальних параметр1в. Загальн! власгивост! оптимальних геометрич-них схем ! Ух взашозв"язок з техн!чними умовами проактування,

в тому числ! ! з вимогачи ун!ф1кац1У розм!р!в конструкц!!, обг-рунтован! результатами числовая досл!джзнь р!зких конструкгнв-них форм.

3. Выявлена стратаг!я пошуку опт!шальних р!шень для склад-них стерпаезлх систем, як! в)др1зняються наявн!ста алзмэнт!в,що

знаходяться в р!зних напружених станах, ! високою сгуп!яню чут-лявост! ц1льово! функцН до вар1ад!й зм1нних параметр!в. Досяг-нення оптимального результату забозпечуеться в!дпов!дним вибором початкового проекту и накладанням додаткових обмежань, що опи-сугть умови розпод!лу зусиль 1 матер!алу, закони зм!ни обрису в!сеЙ конструкц!! 1 значень зовн!шн1х навантажень, як! залежать в!д парвметр!в оптимальних поперечних перор!з1в елемент!в 1 ва-р10ованих 1х довжин.

4. Розглянут} умови вибору оптимально! тополог!! 1 геомет-р!У комб1нованюс вантових систем 1 наскр!зних опорнлх блок1в морських стац)онарних платформ. За результатами анал!зу Ух оптимальних проект!в, энайдених эапропонованими анал!тичним 1 числовим методами, розроблен! рекомендад!У, як! дозволяють зкомпо.:увати рад!ональн! конструктивн! схеми на ран!шн!й стад!! проектування, що в к!нцевому рахунку прискорюе введения в експлуатац!ю об"ек-т!в буд!вництва.

5. Теоретично ! експериментально обгрунтован! нов! техн!чн! р!шення опорних блок!в МСП, як! п!дтверджен! апторськкми св^доцт-вами, а також IX основних несучих елемент!в - опорних стояк!в -

у вигляд! сталевооетонних стерта¡в к!льцевого пэрер!зу. Бисоку ефективн!сть запропонованих ршень визначае скорочення строк!в монтату в 2-2,5 рази, знияення витрат на орекду транспортних ! вантажов!дйомних засоб!в техн!чного флоту, пдащення до 30-40$ несучо! здатност! споруди.

6. Розроблений метод оптимального проектування стальних стержневих конструкд!й з вар!йованою геометр!ею ! тополог1ею, алгоритми прямого п!дбору двотаврових поперечних перер!з!в центрально- \ позацентрово-стиснутих елемент!в, методика розрахунку м1цност! сталевобетонних тришарових стержн!в, !нженерна методика визначення хвильового навантаження на г}дротехн!чну споруду, рекомендад!! по вдосконаленню г нструктивних форл конотрукц!й, а також пропозицИ по створенню нових тахн!чних р!шень морських платформ п!двищено! монтажозд!бност! знайшли застосування при проектувашН ряду реальних конструкц!й покрить, рамних каркас!в

! морських стац!онарних платформ для Чорного моря, а також в уч-бовому процес1. Ефективн!сть оптимальних р!шень виявляеться в знияенн! матер1алом!сткост! об"ект!в проектування в1д 8 /для ферм покриття/ до 30% ! б!льша /для МСП/, а також вартост! бу-д!вництва.

Основний зм1ст дисертащУ опубл¡ковано в сл!душих роботах:

1. Пермяков B.O., Трофимович B.B. Визначення оптимальних па-раметр!в один раз статично невизначених консольних вантових систем // Мат алев! та пластыасов i конструкцН, вип. I. - К.: Бу-д!вельяик, 1969. - с. 99-106.

2. Трофимович В,В., Пермяков В.А. Проектирование предварительно-напряженных ванговых систем. - К.: Будивэльнык, 1970.

- 140 с.

3. Трофимович В,В., Пермяков В.А., Мошкин Л.С. К вопросу о постановке задачи оптимального проектирования металлических предварительно-напряженных вантовых систем // Сопротивление материалов и теория сооружений, вып. 14, - К.: Будивэльнык, 1971.

- с.115-124.

4. Пермяков В.А. Проектирование оптимальных предварительно-напряженных вантовых систем о балкой жесткости // Междунар. конгресс по легким конструкциям в наземном и промышленном строительстве. - Дрезден: 1972. - с.961-963.

5. Пермяков В.А. Об определении оптимальных параметров предварительно-напряженных комбинированных вантовых систем // Изв. вузов. Стр-во и архит. - 1976. - Ä 9. - с.43-49.

6. Пермяков В.А. Оптимизация геометрической схемы вантово-стержяевых систем // Повышение эффективности металлических и даревопластмассовых конструкций / Под ред. М.М.Еербина. - К: Будавельнык, 1978. - с. 14-21, 27-31.

7. Пермяков В.А. Оптимизация параметров геометрических схем вантовых конструкций // Международная ассоциация по мостам и конструкциям: Симпозиум. -М,: 1978. - с.65-72.

8. Пермяков В.А. Параметры равнонапряженной балки жесткости комбинированных вантовых систем // Сопротивление материалов и теория сооружений, вып. ХХХШ, - К.: Будивэльнык, 1978.

с. 120-126.

9. Пермяков В.А.| Муваффак Мохачед. К определению параметров геометрической схемы комбинированных вантовых систем // Облегченные конструкции зданий: мажвуз. об. статей, вып. 7

- Ростов н/Д: RICH, 1980.

10. Трофимович В.В., Пермяков В.А. Оптимальное проектирование металлических конструкций. - К.: Будивелънык, 1981. - 136 с.

11. Трофимович В.В., Пермяков В,А. Оптимизация металлических конструкций. - К.: Вища школа, 1983. - 199 с.

12. Пермяков В.А., Чибиряков В.К., Белов И.Д., Захаров Г.2. Напряженно-деформированное состояние сталебетонного элемента

кольцевого сечения в осесимметричной постановке // Сопротивление материалов и теория сооружений, вып. 52. - К.: Будивельнык,

1988. - с. 83-87.

13. Пермяков В.А., Белов И.Д., Рыжаков Н.Н. Исследование модели опорной части платформ в процессе транспортирования. Киев. инж.-строит, ин-т. - К.: 1988. - 25 с. - Деп. в УкрШМНТИ 29.09.1988, № 2501-Ук88.

14. Коакин В.Д., Мельниченко Г.И., Пермяков В.А., Ременнп-ков A.M. Пакет прикладных программ "Поиск-1". - К.: Реклама,

1989. - 6 с.

15. Пврляков В.А. основные задачи оптимального проектирования стержневых систем // У1 национальный конгресо по теоретической и прикладной механике: тез. докл. - Варна: 1989. -с./1.41.

16. Пермяков В.А., Белов И.Д. Центрально-сжатые сталебетонные стержни кольцевого сечения // Изв. вузов. Стр-во и архит.

- 1989. - № 9. - с.10-13.

17. Пермяков В.А., Ременников A.M. Комплекс программ для решения задач оптимизации стержневых конструкций // Металлические конструкции и испытания сооружений: межвуз. темат. сб.трудов. - Л.: ЛИСГЛ, 1989. - с.60-64.

18. Перляков В.А., Чибиряков В.К., Белов И.Д., Захаров Г.Е. Методика расчета и определения напряженно-деформированного состояния сталебетонных стержней кольцевого сечения при различных видах нагружения / Инф. листок о нау^н.-техн. достижении

№ 90-006. - К.: УкрШИНТИ, киев.отд. - 1990. - 4 с.

19. Пермяков В.А., Носова Л.А. Ременников A.M. Определение волновой нагрузки при оптимизации, геометрической схемы опоршх блоков МСП // Освоение углеводородных ресурсов шельфа. - М.: ЕШИОЗНГ, 1990. - с.32-40.

20. Пермяков В.А. Обобщенная задача оптимального проектирования стержневых систем // П моздунар, научн. сессия "Актуальные проблемы строительства": докл. - Олыптын: 1990. - 0.81-85.

21. Чибиряков В.К., Пермяков В.А., Захаров Г.Е., Белов И.Д. Напряженно-деформированное состояние сжато-изогнутых сталебетонных элементов кольцевого сечений // Металлические конструкции и испытания сооружений: меявуз. темат. сб. трудов. - Л.: Ш, 199т. - с.73-79.

22. Пермяков В.А., Ременников A.M. Оптимизация геометрических схем ферменных конструкций // Конструкции и основания:

конф. "Новые строительные материалы, конструкции и технологии".

- Вильнюс: Техника, 1991, - с.39-42.

23. Берникер Я.С., Пермяков В.А. Технико-экономический анализ конструктивных решений стационарных платформ Азово-Черно-морского региона. Киев, инж.-строит. ия-т. - К.: 1991. - 35 с.

- Деп. в УкрЛШНТИ 24.07.1991, й 1041-Ук?1.

24. Пермяков В.А., Белов И.Д., Берникер Я.С. Сжато-изогнутые сталебетонные стержни кольцевого сечения // Нефтяные и газовые месторождения шельфа. - Ы.: БНИИОЭНГ, 1991. - с.34-39.

25. Пермяков В.А., Ременников A.M. Поиск геометрических схем металлических конструкций на основе методов нелинейного программирования // Совершенствование металлических конструкций

/ Под ред. М.М.Яэрбина. - К.; Наукова душа, 1992. -о.68-73.

26. Пермяков В.А*, БеЛоВ И.Д. Центрально-сжатые и сжато-изогнутые сталебетонные стержни в морских стационарных платформах // Совершенствование металлических конструкций / Под ред. М.МДербина. - К.: Наукова думка, 1992. - с.214-221.

27. Пермяков В.А. Оптимизация геометрических схем стержневых систем //Изв. вузов. Стр-во. - 1992, № 4. - с. 12-15,

28. Пермяков В.А., Шаучювенас Г.Л, Оптимальное проектирование пространственных стержневых конструкций // Пром. стр-во и инж. сооружения. - 1992. - № J. - с.38.

29. Пермяков В.А. Оптимальное проектирование стальных стержневых конструкций /обзор работ/, Киев, инж.-строит. ин-т.

- К.J 1992. -78 о. - Деп, В УкрШТЭИ 29.04.1992, К Б35-Ук92

30 .fbrmyatw К ^ Pemtnnik-o& -ri. //., Veneraf purpose code for HceC structures optimaC design l! Computers and -Hrue -tares, voi. Ц AtG-f$92-p.

31. A.c. № II78837, Морская стационарная платформа /2ербин M.U., Пермяков В.А., Нилов A.A., Берникер Я.С., Рыжаков H.H. /СССР/ / Открытия. Изобретения. - 1985. - й 34.

32. А.о. № 1373759. Морская стационарная платформа / Пермяков В.А., Нилов A.A., Иваненко П.А., Берникер Я.С. /СССР/

/ Открытия. Изобретения. - 1988. - № 6.

33. A.c. № 1384658. Морская платформа / Пермяков В.А., Нилов A.A., Иваненко П.А., Берникер Я.С., Рыжаков H.H. /СССР/ / Открытия. Изобретения. - 1988. - К 12.