Оптимизация параметров пролетных строений висячих мостов, усиленных и не усиленных наклонными вантами, при их проектировании с применением ПК

Актуальность работы. В настоящее время в мировом мостостроении находят все более широкое применение металлические вантовые и висячие пролетные строения с ортотропной плитой проезжей части.

В мировом мостостроении настоящий период характеризуется относительным увеличением доли мостов, строящихся со стальными конструкциями пролетных строений. Так, в Великобритании и одной из главных стран на мировом мостостроительном рынке — количество строящихся мостов со стальными пролетными строениями длиной свыше 35−50 м составляет около 90% общего объема [25].

Увеличение доли металлических мостов связано с увеличением расхода дорогостоящей стали, что традиционно ставит задачу рационального её расходования. Одним из эффективных путей решения этой задачи всегда являлась оптимизация мостовых конструкций на стадии проектирования. В настоящее время проектирование оптимальных по расходу мостовых конструкций немыслимо без применения современной вычислительной техники. Тем не менее в проектных организациях вычислительная техника в настоящее время используется в основном для выполнения расчетных работ в ходе проектирования. Изменение размеров в нужном направлении и решение задач компоновки конструкции выполняется инженером-проектировщиком с учетом его инженерной интуиции и опыта. Между тем эта работа может быть с успехом поручена ПЭВМ, если в основу алгоритма действий ПЭВМ заложить логику действий опытного инженера-проектировщика. Это вполне возможно, ведь создана уже более сложная логическая программа для шахматной игры, которая в матче с чемпионом мира Г. Каспаровым одержала победу в шести партиях.

Настоящая работа посвящена разработке методики проектирования с применением ПК пролетных строений висячих мостов, усиленных и не усиленных наклонными вантами. Цель работы. Разработка программы проектирования с применением ПК пролетных строений висячих мостов, усиленных и не усиленных наклонными вантами, и выработка рекомендаций по использованию её при решении практических задач проектирования висячих мостов. Для достижения этой цели: изучен опыт предшествующего использования ПК для расчета и проектирования мостовых конструкций. выбран рациональный метод деформационного расчета пролетного строения висячего моста, усиленного и не усиленного наклонными вантами, для задачи его проектирования с применением ПК. разработан алгоритм программы проектирования пролетного строения висячего моста, усиленного и не усиленного наклонными вантами на основе использования инженерного метода последовательных приближений к искомому решению при удовлетворении требований СНиП 2.05.03−84 по условиям прочности, жесткости, динамической и аэродинамической устойчивости. разработана программа проектирования пролетного строения висячего моста, усиленного и не усиленного наклонными вантами, с применением ПК. с помощью разработанной программы проектирования проведено исследование влияния независимых параметров пролетного строения висячего моста, усиленного и не усиленного наклонными вантами на его стоимость. разработаны рекомендации по использованию разработанной программы для решения практических задач проектирования пролетных строений висячих мостов, усиленных и не усиленных наклонными вантами.

Метод исследования, в основном, теоретический с использованием обычного математического аппарата. Проведены численные экспериментальные исследования на ПК для выработки рекомендаций по оптимальным параметрам пролетных строений висячих мостов и рекомендаций по использованию программы для решения практических задач проектирования. Научная новизна и значимость работы заключается в следующем:

— впервые разработан алгоритм проектирования пролетных строений висячих мостов, усиленных и не усиленных наклонными вантами, с оптимизацией проектного решения по минимуму стоимости;

— впервые получены оптимальные параметры пролетного строения висячих мостов, усиленных и не усиленных наклонными вантами, базирующиеся на комплексных условиях оптимальности и установлены закономерности изменения целевой функции от значения параметров.

Практическая значимость работы заключается в том, что разработанная программа позволяет определять оптимальные параметры пролетных строений висячих мостов, усиленных и не усиленных наклонными вантами, по критерию их минимальной стоимости.

Эффективность работы определяется возможностью резкого повышения производительности труда проектировщиков за счет использования современной вычислительной техники в режиме тесного общения специалиста и ПК. 8.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 67 наименований и содержит 135 страниц машинописного текста.

5.10. Выводы по главе 5.

1. Размеры элементов металлической балки жесткости определяются по условию жесткости, динамической и аэродинамической устойчивости, постоянны по всей длине пролета и имеют даже при небольшом количестве узловых точек напряжения в поясах не превышающих 2200 кг/см2. В связи с этим в балках жесткости целесообразно применение сталей самой низкой прочности.

2. Стоимость пролетного строения имеет тенденцию к увеличению при увеличении йэ/Ь, однако в диапазоне до 0.1 она почти постоянна. По-видимому нецелесообразно принимать? о/Ь больше 0.1.

3. Стоимость пролетного строения имеет тенденцию к увеличению с увеличением количества узловых точек, что связано с некоторым усложнением проезжей части.

4. Стоимость пролетного строения весьма интенсивно зависит от высоты балки жесткости, изменяется по гиперболо параболическому закону и имеет минимальное значение при оптимальной высоте.

5. Погонный вес и стоимость пролетного строения имеют тенденцию к увеличению с увеличением количества стенок. При 4 интенсивность наращивания веса и стоимости существенно увеличивается.

6. Увеличение угла наклона оттяжек существенно увеличивает усилия в оттяжках и их площадь, усилия к кабеле и подвесках и их площади остаются при этом практически неизменными .

7. Применение вант позволяет уменьшить вес и стоимость пролетного строения примерно на 4−5%. Значения ЕТТАРу > 0.05 нецелесообразны по соображениям снижения веса или стоимости.

8. Применение вант позволяет уменьшить амплитуду прогибов в четвертях пролетов на 3−45% при увеличении значения ЕТТАРу.

9. Разработаны рекомендации по использованию созданной программы при проектировании пролетных строений вантовых мостов, усиленных и не усиленных наклонными вантами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

A. В выполненной работе поставлена и решена задача оптимизации по минимальной стоимости пролетных строений висячих мостов, усиленных и не усиленных наклонными вантами. При этом:

1. Изучен опыт предшествующего использования ПК для расчета и проектирования мостовых конструкций;

2. Выбран рациональный метод деформационного расчета пролетного строения висячего моста, усиленного и не усиленного наклонными вантами, для задачи его проектирования с применением ПК;

3. Впервые разработан алгоритм программы проектирования пролетного строения висячего моста, усиленного и не усиленного наклонными вантами на основе использования инженерного метода последовательных приближений к искомому решению при удовлетворении требований СНиП 2.05.03−84 по условиям прочности, жесткости, динамической и аэродинамической устойчивости с оптимизацией проектного решения по минимуму стоимости;

4. Впервые разработана программа проектирования пролетного строения висячего моста, усиленного и не усиленного наклонными вантами, с применением ПК;

Б. Разработаны рекомендации по использованию созданной программы при проектировании пролетных строений вантовых мостов, усиленных и не усиленных наклонными вантами.

B. На основе численных исследований с помощью программы впервые получены оптимальные параметры пролетного строения висячих мостов, усиленных и не усиленных наклонными вантами, базирующиеся на комплексных условиях оптимальности и установлены закономерности изменения целевой функции от значения параметров.

Г. В ходе численных исследований с помощью программы проектирования висячих мостов, усиленных и не усиленных наклонными вантами получены следующие выводы:

1. Размеры элементов металлической балки жесткости определяются по условию жесткости, динамической и аэродинамической устойчивости, постоянны по всей длине пролета и имеют даже при небольшом количестве узловых точек напряжения в поясах не превышающих 2200 кг/кв.см. В связи с этим в балках жесткости целесообразно применение сталей самой низкой прочности.

2. Стоимость пролетного строения имеет тенденцию к увеличению при увеличении К)/Ь, однако в диапазоне до 0.1 она почти постоянна. По-видимому нецелесообразно принимать Го/Ь больше 0.1.

3. Стоимость пролетного строения имеет тенденцию к увеличению с увеличением количества узловых точек, что связано с некоторым усложнением проезжей части.

4. Стоимость пролетного строения весьма интенсивно зависит от высоты балки жесткости, изменяется по гиперболопараболическому закону и имеет минимальное значение при оптимальной высоте.

5. Погонный вес и стоимость пролетного строения имеют тенденцию к увеличению с увеличением количества стенок. При N81 > 4 интенсивность наращивания веса и стоимости существенно увеличивается.

6. Увеличение угла наклона оттяжек существенно увеличивает усилия в оттяжках и их площадь, усилия к кабеле и подвесках и их площади остаются при этом практически неизменными .

7. Применение вант позволяет уменьшить вес и стоимость пролетного строения примерно на 4−5%. Значения ЕТТАРу > 0.05 нецелесообразны по соображениям снижения веса или стоимости.

8. Применение вант позволяет уменьшить амплитуду прогибов в четвертях пролетов на 3−45% при увеличении значения ЕТТАРу/.