Содержание к диссертации
Стр.
ВЕВДЕНИЕ 4-
ГЛАВА I. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
ПОКРЫТИЙ И ВОПРОСЫ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ в.
1.1. Системы висячих покрытий 8.
-
Байтовые покрытия 9.
-
Гибкие висячие оболочки (мембраны) 4 2.
-
Жесткие висячие оболочки 4 2.
-
Стержневые регулярные структуры 43.
-
Комбинированные системы покрытий 44.
-
Пространственные вантово-пшренгельные системы.. 47.
1.2. Оптимальное проектирование конструкций покрытий.. 22.
-
Методы математического программирования 23.
-
Оптимальное проектирование стершевых ферм .... 30.
-
Синтез упругих тарнирно-стержневых систем 34.
-
Проектирование вантовых сетей 37.
Выводы « 38.
ГЛАВА 2. ПОИСК СТРУКТУРЫ ДВУХСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ 40.
-
Выбор расчетной схемы 40.
-
Оптимальное проектирование шарнирно-стержневых систем с изменяющейся геометрией поясов 44.
-
Поиск рационального очертания слоев расчетной
схемы покрытия 48.
2.4. Определение структуры пространственного двух
слойного покрытия оптимального по массе 36.
Выводы 64.
ГЛАВА 3. РАСЧЕТ И ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЖТЙРОВАНЙЕ ВАНТОБО-
СТЕРШЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО МАССЕ 69.
3.1. Оптимальное проектирование с учетом предвари-
тельных напряжений 69.
-
Учет геометрической нелинейности при оптимальном проектировании вантово-отершевш: систем 78.
-
Математическое обеспечение решения задач квадратичного и линейного программирования и их реализация на ЭВМ Ь\.
-
Анализ напряженно-деформированного состояния вантово-стержневого покрытия с применением ЭВМ ..90. Выводы 94.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНРШ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ВАНТОВО-СТЕРЖНЕВО-
ГО ПОКРЫТИЯ НА МОДЕЛИ 07.
-
Моделирование вантово-стерЕневой конструкции .... 97.
-
Подготовка к проведению эксперимента 10\.
-
Приборы и измерительная аппаратура І0А.
-
Проведение испытаний модели статической нагрузкой. Ш8. Выводы Ш.
ВЫВОДИ ПО ДИССЕРТАЦИИ . ІЬ4.
ЛИТЕРАТУРА 435.
ПРИЛОЖЕНИЕ I 452.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 454.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 462.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 468.
_ 4 -
Введение к работе
В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" указано: "Предусмотреть преимущественное развитие производства изделий, обеспечивающих снижение металлоемкости, стоимости и трудоемкости строительства, веса зданий ....
Наращивать выпуск прогрессивных железобетонных, металлических и деревянных клееных конструкций.
Повысить уровень индустриализации строительного производства и степень заводской готовности конструкций и деталей, расширить применение новых эффективных конструкций" [57] .
Широкое использование пространственных конструкций поможет решить основные задачи научно-технического прогресса в области строительства, то есть повысить качество и эффективность строительства, уменьшить трудоемкость возведения сооружений, снизить их материалоемкость и стоимость.
Пространственные системы, позволяющие перекрывать практически любые пролеты со значительной экономией материалов, способствуют созданию зданий с гибкой технологией, проектированию сооружений различной архитектурной выразительности.
Применение облегченных покрытий стало в последнее время общей тенденцией современного строительства; открывающиеся в связи с этим возможности и перспективы весьма велики и еще не раскрнты полностью. Решающее значение здесь имеет использование эффекта пространственной работы конструкций.
Разработка облегченных систем представляет собой метод научно обоснованного конструирования, при чем его конечная цель может быть достигнута синтезом рациональных конструктивных форм, обеспечивающих оптимальное использование свойств существующих материалов (конструкции облегченных форм) и соответствующим выбо- ром и применением новых материалов (конструкции из легких материалов).
Характерная черта современного этапа в проектировании сооружений - развитие системного подхода и сокращение времени между разработкой конструктивной идеи и ее широкой практической реализацией. О высоком уровне современного строительного проектирования свидетельствует создание таких пространственных систем,как вантовые конструкции, легкие металлические структуры, пластмассовые оболочки [93].
В этих условиях все возрастающее значение принимают методы оптимального проектирования конструкций.
Традиционные висячие покрытия обладают одним существенным недостатком - возникновение значительных усилий распора, для восприятия которых требуются специальные сооружения, увеличивающие общий расход материалов на единицу площади здания.
В диссертации ставится задача исследования пространственного безраспорного двухслойного вантово-стержневого покрытия нового типа с использованием аппарата математического программирования.
Целью диссертации является: на основе применения методов математического программирования развить методику расчета и оптимального проектирования ван-тово-стераневых систем с учетом эффекта пространственной их работы и изменения геометрии поясов; развить общий подход к расчету и оптимальному проектированию пространственных шарнирно-стержневых систем применительно к комбинированным вантово-стеркневым конструкциям с учетом предварительных напряжений и геометрической нелинейности; получить структуру пространственного двухслойного покрытия из условия минимума массы (объема) при действии наиболее харак- терных видов нагружения; разработать модель пространственного безраспорного вантово--стержневого двухслойного покрытия с траекториальной структурой и проанализировать на ЭШ с помощью методов математического программирования; провести испытания модели покрытия и результаты сравнить с теоретическими разработками.
В первой главе диссертации приведен обзор существувдих облегченных конструкций покрытий и методов их расчета с использованием математического программирования.
Вторая глава посвящена вопросу получения структуры пространственного шарнирно-стержневого аналога двухслойного покрытия из условия минимума массы конструкции.
В третьей главе предлагаются алгоритмы для расчета, оптимального проектирования и анализа вантово-стержневых конструкций с учетом предварительных напряжений и геометрической нелинейности, программа их реализации на дШ ЕС.
Четвертая глава содержит материалы по моделированию и испытаниям прототипа вантово-стержневой двухслойной конструкции покрытия, по изучению влияния различных факторов на поведение системы.
Научная новизма работы заключается в том, что на основе применения единого аппарата математического программирования сформулированы и решены задачи расчета и оптимального проектирования вантово-стержневых пространственных систем: с учетом изменения геометрии очертания слоев конструкции; с учетом заданных предварительных напряжений элементов системы, а также поиска оптимальных усилий преднапряжения из условия минимума массы (объема) конструкции; с учетом расчета конструкций по деформированной схеме.
В предложенной постановке задачи расчета и оптимального проектирования пространственных вантово-стерошевых систем сведены к ряду несложных хорошо обусловленных задач линейного и квадратичного программирования по отысканию глобального экстремума целевой функции, что снизило размерность и продолжительность вычислений по сравнению с решением подобных задач методами нелинейного программирования.
На основе теоретических исследований структуры расчетной схемы минимальной массы запроектирована новая пространственная двухслойная безраспорная вантово-стержневая конструкция покрытия с траекториальной структурой, эффективность которой проверена экспериментом.
