Введение к работе
Актуальность теш. Ускорение научно-технического прогресса, эст сложности технических систем и сооружений, сокращение сро-эв проектирования строительных конструкций, необходимость повы-эния точности инженерно-конструкторских расчетов, обоснованности ценок технических, технологических и экономических характеристик роектов, создаваемых, реконструируемых и действующих объектов гроительства выдвинули перед вузовской подготовкой инженеров-гроителей, проектными, конструкторскими и технологическими орга-«ациями новые задачи.
Современный инженер-проектировщик поставлен перед необходи-зстыо создания проектов, отвечающих все возрастающим требованиям ідежности, экономичности, снижения материалоемкости, технологи-:ских затрат и стоимости проекта в целом.
Аналогичные задачи строительного проектирования решались пу~ 2м сравнения нескольких вариантов разрабатываемого проекта, а ікже анализа и учета разобщенных условий прочности, жесткости, :тойчивости и различных упрощений в расчетной схеме. Каждый вид кзчета, как правило, имеет свой подход. Объект же проектирования ;ин, поэтому проектировщику при выполнении всего комплекса рас-:тов приходится иметь дело с громоздким конгломератом методов, частую.не стыкующихся друг с другом. В связи с этим задаче соз-іния единообразного подхода к расчету строительных конструкций охватом максимально возможных видов расчетов и воздействий прочность, устойчивость, динамика, оптимизация, действие много-іраметрическ'ой нагрузки) несомненно является актуальней.
Выражение отдельных частей задачи в неявной математической ірме в условиях недостаточности' или избыточности информации, раз-юбразие проектно-конструкторских решений, возникающие-при этом
математические и вычислительные трудности требуют для их преодол ния обновления подходов к проектированию и расчету строительных конструкций.
Одним из подходов к решению рассматриваемой проблемы являет ся введение единообразия расчетов для широкого класса сооружений более полное использование возможностей вычислительной техники (ЭБМ, IL{), систем автоматизированного проектирования (САПР), при менение оптимизационных методов в инженерных и конструкторских расчетах. Решению указанной задачи сопутствует рациональное использование материально-технических и других ресурсов, значитель ное снижение трудоемкости и общей стоимости возводимых объектов строительства.
Цель и задачи работы - обоснование и разработка энергетичес кого метода расчета стержневых конструкций и создание на его осн ве САПР с многоуровневой оптимизацией.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
-
Анализа и систематизации видов нагрузок с целью расширен] по сравнению традиционным, набора реальных для строительных кої струкций воздействий.
-
Разработка метода, позволяющего обеспечить единый уровені точности определения перемещений и усилий в статических и динамических расчетах, а так же в расчетах на устойчивость.
-
Создание на основе разработанного подхода метода оптималі ного проектирования с учетом ограничений по: прочности, жесткості устойчивости, частоте собственных колебаний, а также конструктив!
А. Обоснование и разработка математических моделей, алгоритс и программного обеспечения и создание на их основе подсистемы САГ "конструкторские расчеты".
5. Формирования и внедрения методического обеспечения проведения автоматизированных расчетов в учебном процессе при подготої
- 5 -инженерных кадроз строительных специальностей.
Разработанные в диссертация методы, математические, физические модели и алгоритмы позволили решить ряд ватлых практических задач и разработать следующие пакеты прикладных програш:
а) расчет сварных стальных балок [17] ; комплекс програш
расчета металлической балочной площадки [ 18] ; расчет стальных
настилов и балок из прокатного профиля 19J ; расчет стальных
центрально-ахатых сквозные колонн 20 ] ; компоновка поперечни
ка-промышленного здания С 21 3 ; расчет равнопрочных систем с
внравшіваїшем изгибних жесткостей С 22] '; расчет стальной фермы
из прокатных профилей [23]; сбор нагрузок на каркас прошилен-
ного здания [ 24 ] ; расчет внецвнтренно-с;.:атой ступенчатой ко
лонны на стадиях Ш и 1'й.Ш [ 25 J ; оптимальное проектирование ба
лочных площадок С 28] ;
б) расчет стержневых систем (статические [29] ; динамичес
кие [ 26 3 ; высотных сооружении типа мачт с оттяжками, башен и
труб [43] ) ;
в) расчет трехшарнирной арки С 30] ; расчет неразрезных
балок, статически неопределимых арок, балки-стенки, тошсих плас
тинок, статически определимых ферм [зіJ , [ьг] , [зз] ,[34] ,
С 353 , 36j .
Методические разработки по инженерным дисциплинам: учебная САПР поперечника стального каркаса [ 16,39,40] ; обучающая и контролирующая система обучения при проектировании стальной балочной площадки [26,27,28 3 , элементы автоматизации инженерных расчетов [37,38] , расчеты на устойчивость,'колебания'и по деформированной схеме [41] , расчеты на статические нагрузки [42] , поверочные расчеты (обратная задача строительной механики) элементов стальных каркасов [44] и др.
Научная новизна работы:
Теоретическое обоснование энергетического метода автоматизированного расчета строительных конструкций на статические и динамические воздействия, его формализация, модели перехода от заданной к возможным основным системам, а также математические модели, алгоритмы, программное обеспечение, позволяющее автоматизировать весь процесс расчета.
Исследование и обоснование методов оптимизации строительных конструкций при многопараметрической нагрузке с ограничениям» по прочности, жесткости, устойчивости и частоте собственных колебаний .
Исследования, позволяющие повысить достоверность расчетоЕ путем наиболее полного отражения в расчетной модели реального обт екта в части полей нагрузок, податливости узлов расчетной система. получения с высокой степенью точности всех членов спектра критических сил, частот колебания деформированной схемы расчета.
Обоснование и разработка на основании системного подхода подсистема САПР "Конструкторские расчеты в строительстве", наиболее адекватно.соответствующую особенностям задачи, декомпозиция и агрегирование этой подсистемы, определение ее места в СіШР, свя зей с другими подсистемами, организация и структурирование интегрированной базы данных.
Апробация, публикации и использование полученных результатов Отдельные положения и разделы докладывались и получили одобрение на ХХШ, ХХІУ, 50СУ, ХХУІД научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Брянского технологического института, на Ш Всесоюзной конференции по статике и динамике пространственных конструкций (Киев, 1971), УП науч-
эй конференции по применению ЭВМ в механике деформируемого зердого тела (Ташкент, 1975), научно-технической конференции Белорусском политехнической институте в 1S7G г., научдо-прак-іческой коцфореицші "О совершенствовании подготовки и органпза-щ строительного производства б строительних организациях облачи" (Брянск, 1978), ХХХУ1І научно-технической конференции Б/ГГІ.Ї Зрянск, Ї978), Всесоюзной конференции "Современные методы и пгоритмя расчета и проектирования строительных конструкции с ^пользованием ЗШ" (Таллинн, 1979), на Л1 научно-методической шференции профессорско-преподавательского состава "Пути акти-ізации учебно-исследовательской и научно-исследовательской ра->ты" (Ш'И, Брянск, 1979), XXXIX научно-технической конференции юфессорско-преподавателъского состава Брянского института эанспортного машиностроения (Брянск, '1979), на каучно-техничес-ш конференции по итогам работы института в X пятилетке (Томс-1й инженерно-строительный институт, 1980), научно-практическом линаре-совещании "Комплексная механизация и автоматизация 'роительного производства" (ЦНТИ, Брянск, 1981), на научном іминаре по организации комплексной инженерной подготовки ірянск, ЦНТИ, 1982), на И региональной научно-практической шференции (Томск, 1983), на научно-технической конференции Іовершенствование строительных конструкцій и методов расчета" 'омск, 1984), на Ш Украинской научно-технической конференции і металлическим конструкциям (Киев, IS84), на научно-техничес->й конференщш кафедры металлических и- деревянных конструкций шского инженерно-строительного института - четыре раза, на іучном объединенном семинаре при Томском инженерно-строатель-ІМ институте (Томск, 1989), на межвузовском семинаре "Примоно-іе ЭВЫ в курсах строительных конструкций" (Томск, IS89).
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлены в 15 комплексах программного обеспечения, переданных в Томский ШТй, который распространил соответствующую документацию на сумму 30 тыс.руб. в ряде проектных и друпгх организаций. Экономический э;.аокт составил 210 тис.рублей, Методическое к программное обеспечение внедрен;.! в учебный процесс вузов: Брянскиіі технологический институт, Тоыеккп ше-іє-нерно-строительшііі институт, ІІещпіградск:2-і пя:;:екерио-строктелъ-шііі институт, ІІлЄбсіииі металлургически;: институт, Оренбургски: политехнический шіститут, рад друпк организации.
'Аъ зацпту выносятся положеній, сїорілулпрсваншіз в разделе "Научная новизна", а также методи автоматизированных и оптимизированных расчетов, математическое, физическое глодедироваїше, алгоритмы, методическое и програ.с.шое обеспечение в подсистем САПР "Конструкторские расчеты в строительство".
Диссертация изложена на 294 страницах (без списка литературы и приложении), содержит 192 рисунка, 67 таблиц, включая приложение.
