БУКИНИСТ

Букинист. Алфавитный каталог. Тематический каталог.



Индекс: 00469.
ББК 38. 54. Металлические конструкции.

Оптимальное проектирование металлических предварительно напряженных ферм.

Я.И. Ольков, И.С. Холопов.

1985 г. 156 стр. 49 ил.


Рассмотрен широкий круг вопросов оптимального проектирования предварительно напряженных металлических конструкций: выбор рациональной конструктивной схемы, определение рациональных усилий предварительного напряжения, оптимальное распределение материала в конструкции. Описываются современные методы математического программирования при минимизации объема и стоимости конструкций, унификации сечений и выборе последовательности операций предварительного напряжения.
Для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций.

Введение.


Идея предварительного напряжения металлических конструкций является одной из самых плодотворных идей в строительной практике. Ценой незначительных разовых затрат труда в конструкции создаются выгодные начальные усилия и деформации, которые при эксплуатации позволяют продлить упругую работу материала сравнительно невысокой прочности, эффективно применить элементы из высокопрочных материалов, добиться повышения общей жесткости конструкции и т.п.
Хотя эта идея не является новой, в середине нашего столетия она пережила свое второе рождение после появления трудов Ф. Дишингера, В.М. Вахуркина, Ю.В. Гайдарова и др. По-новому воспринятые творческие возможности использования этой идеи привели к чрезвычайному оживлению научных исследований в области предварительно напряженных металлических конструкций. Значительная часть изобретений, сделанных за последние два десятилетия, относится именно к предварительно напряженных конструкциям.
Задачи расчета предварительно напряженных конструкций естественных образом сливаются с задачами оптимизации их напряженного состояния в различных стадиях нагружения с целью получения наибольшего эффекта при наименьших затратах. Неслучайно с самого начала нового этапа развития предварительно напряженных металлических конструкций основное внимание привлекли вопросы, связанные с оптимальным распределением материала, отысканием оптимального напряженного состояния, оптимальных последовательностей напряжения, действия нагрузки и т.п.
Рассмотрим для примера предварительно сжатый стержень, состоящий из обоймы и напрягающего высокопрочного элемента и предназначенный для восприятия расчетного усилия растяжения в стадии эксплуатации.
Каковы оптимальные распределение материала между обоймой и напрягающим элементом и сила предварительного напряжения? Несмотря на то, что результаты решения этой задачи уже вошли в известные монографии и справочники, на наш взгляд, их еще нельзя считать окончательными. Поэтому читатель найдет краткое обсуждение этого вопроса в предлагаемой его вниманию книге.
Значительно сложнее решаются задачи об оптимальном распределении материала в фермах, подвергаемых предварительному напряжению в целом при введении дополнительных связей. Которые одновременно создают статическую неопределимость или повышают степень статической неопределимости системы. С самого начала было ясно, сто эта часть задач относится к так называемым обратным задачам относительной механики, а в более широком современном понимании – к задачам оптимального проектирования конструкций. В основе этого направления лежат М. Леви, Г. Геймана, И.М. Рабиновича. Из последующих исследований следует отметить труды К.М. Хуберяна, А.И. Виноградова, Ю.А. Радцига, К.Ш. Протасова, а также Н.А. Серова, Ф.И. Слюсарчука и др.
Использование теории зеркальных функций Ю.А. Радцига в решении задачи о предварительно напряженной ферме наименьшего объема вызвало большой интерес и послужило началом целой серии исследований в этой области. В настоящее время при решении задач такого типа большая часть публикаций посвящена применению методов математического программирования или методов машинного поиска оптимума (прямой, случайный, градиентный и т.п.). Однако, по мнению авторов, достоинства зеркальной функций как относительно простого математического аппарата, отличающегося наглядной геометрической интерпретацией, еще далеко не исчерпаны, что нашло отражение в предлагаемой книге.
Некоторые сложные задачи оптимального проектирования металлических предварительно напряженных ферм требуют комбинированных алгоритмов, сочетающих различные методы и современные приемы организации оптимизационных расчетов с помощью ЭВМ. Поэтому большое внимание уделено вопросам разработки алгоритмов и программ оптимизации. Рассматривается также задача о проектировании многократно статически неопределимых ферм наименьшего объема и оптимальной последовательности предварительного напряжения сложной системы с несколькими напрягающими элементами.
При оптимизационных расчетах ферм важно обеспечить устойчивость сжатых элементов, выполнить конструктивные ограничения по предельной гибкости стержней, условиям их сопряжения в узлах, а также ограничения по общей жесткости конструкций. В книге изложена методика прямого подбора сечений сжатых стержней, что упрощает этот процесс, а следовательно, и алгоритмы учета ограничений по устойчивости и предельной гибкости.
При построении комбинированных алгоритмов оптимизационного расчета сложных ферм существенную роль играют вариационные принципы строительной механики упругих систем, использованные авторами для создания эффективного метода спуска, заключающегося в поочередной минимизации объема при стационарной энергии деформации и затем – потенциальной энергии при стационарном объеме. Обоснованию этого метода посвящена гл.4.
Некоторые задачи оптимального проектирования ферм носят существенно нелинейных характер и отличаются сложной динамикой изменения параметров. Решение этих задач возможно с позиций известного принципа оптимальности Р. Беллмана, лежащего в основе динамического программирования, и приводится в гл.6.
Методика приближенного расчета металлических предварительно напряженных ферм кратко описана в хорошо известных трудах Е.И. Белени и Б.А. Сперанского. Однако более подробное освещение задач оптимального проектирования, органически присущих рассматриваемому классу конструкций, поможет четче представить их суть и характер, привлечет внимание к этой актуальной теме. В предлагаемой книге особое место отведено автоматизированному оптимальному проектированию с помощью современных ЭВМ. Авторы надеются, что круг затронутых вопросов достаточно широк и дает относительно цельное представление о характере оптимального проектирования ферм.

СОДЕРЖАНИЕ.


Общие положения оптимального проектирования металлических предварительно напряженных ферм.
Решение задач оптимального проектирования с помощью зеркальных функций.
Учет ограничений по устойчивости при оптимальном проектировании ферм.
Вариационные задачи в оптимизации статически неопределимых ферм.
Оптимальное проектирование ферм минимального объема на ЭВМ методом последовательных приближений.
Решение задач оптимального проектирования ферм методами динамического программирования.
Оптимальное проектирование ферм на основе общих экономических критериев.