Оптимальне проектування реконструкції та підсилення стрижневих металевих конструкцій

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розробці методики оптимального проектування реконструкції та підсилення стрижневих металевих конструкцій з урахуванням конструктивних, технологічних, експлуатаційних і економічних вимог. Ця методика передбачає формування математичних моделей реконструкції та підсилення конструкції і задачі її оптимізації. Алгоритм аналізу реконструкції та підсилення формує і розв’язує одну матричну систему рівнянь методу скінченних елементів з декількома правими частинами, а отримані розв’язки використовує для визначення зусиль і переміщень на кожному етапі реконструкції. Запропонована методика реалізована в програмному забезпеченні, що орієнтоване на вирішення задач оптимізації стрижневих металевих конструкцій. Результати роботи впроваджено в проект реконструкції реальної будівельної споруди та в навчальний процес. Диссертация посвящена разработке методики оптимального проектирования реконструкции и усиления стержневых металлических конструкций с учетом конструктивных, технологических, эксплуатационных и экономических требований. Содержание диссертации. Во вступлении обосновано актуальность темы диссертации, объект и предмет проведенных в ней исследований, приведена научная новизна и практическое значение полученных результатов. В первом разделе рассмотрено современное состояние проблемы оптимального проектирования реконструкции и усиления стержневых металлических конструкций. Приведены основные способы и методы усиления стержневых металлических конструкций. Выполненный анализ показывает значительное количество типов параметров, которые следует определять для применения различных способов усиления, необходимость дальнейших исследований алгоритмов определения напряженно-деформированного состояния СМК в процессе ее реконструкции и усиления для обеспечения эффективного использования вместе с методами оптимизации, а также необходимость разработки соответствующего программного обеспечения. Во втором разделе представлена математическая модель реконструкции и усиления стержневых металлических конструкций. Разработаны диаграммы процесса реконструкции и усиления стержневых металлических конструкций, в которых предложено использовать такие простые изменения расчетной схемы и нагрузок, как наложение связи, введение шарнира, регулировка усилия в связи, изменение поперечного сечения и приложения контролируемой нагрузки. Формализировано представление расчетных схем конструкции, подлежащей реконструкции и усилению. К исходным данным математической модели отнесены данные, описывающие расчетные схемы конструкции, нагрузки и процесс реконструкции и усиления. Алгоритм анализа этой модели предусматривает определение усилий и перемещений характерных точек конструкции, проверки ограничений на каждом этапе реконструкции. К переменным состояния отнесены технико-экономические показатели варианта реконструкции и усиления, усилия в поперечных сечениях стержней, перемещения узлов конструкции и др. В третьем разделе представлены усовершенствования методики определения напряженно-деформированного состояния стержневых металлических конструкций при их реконструкции и усилении. Для сокращения объема вычислений при определении напряженно-деформированного состояния стержневых металлических конструкций для одного варианта проекта реконструкции и усиления предлагается формировать и решать одну систему уравнений метода конечных элементов с несколькими правыми частями для базовой расчетной схемы. При определении напряженно-деформированного состояния конструкции для других подобных схем, отличающихся между собой только множествами наложенных связей и характеристиками жесткости усиливаемых стержней, предлагается учитывать свойства усилий и перемещений в стержневых системах, подлежащих принципу суперпозиции. Разработана схема математической модели реконструкции и усиления стержневых металлических конструкций отражает усовершенствованную методику определения напряженно-деформированного состояния стержневых металлических конструкций. В четвертом разделе представлена разработанная методика оптимального проектирования реконструкции и усиления стержневых металлических конструкций. Эта методика предполагает сначала выбор для существующей стержневой металлической конструкции вариантов ее реконструкции и усиления, на основе анализа которых затем задаются элементы математической модели реконструкции и усиления конструкции и математической модели задачи оптимизации ее параметров, решается поставленная задача и принимаются проектные решения. В пятом разделе представлена разработана подсистема для оптимального проектирования реконструкции и усиления конструкции, вовлечена в программы OptCAD, и выполнено численные исследования для выявления ее технико-экономической эффективности. В выводах подытожены основные результаты диссертации. Результаты работы внедрены в проект реконструкции реального сооружения и в учебный процесс. The thesis is devoted to developing method for optimal design of the reconstruction and reinforcement of steel structures considering constructive, technological, exploitation and economical requirements. This method involves the formation of mathematical models of reconstruction and reinforcement of structures and its optimization problem. An algorithm of analysis of the reconstruction and reinforcement creates and solves an one matrix equations of finite element method with a few right-hand sides and uses the obtained solution for determining the forces and displacements at each stage of reconstruction. The proposed method is implemented in software that is focused on solving problems of optimization steel structures. The results introduced in the reconstruction of a real building structure.