Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние применения и проектирования вантовых мостов, цель и задачи исследования 10
1.1 Краткие сведения из истории развития вантовых мостов 10
1.2 Выбор метода расчета вантового моста 19
1.3 Анализ состояния использования персональных компьютеров для проектирования мостовых конструкций 22
1.4 Цель и задачи работы 28
1.5 Вывод по главе 1 29
Глава 2. Выбор обобщенной конструктивной формы двухпилонных металлических вантовых мостов и разработка расчетного модуля применительно к программе их автоматизированного проектирования 30
2.1. Обобщенная конструктивная форма двухпилонных металлических вантовых мостов 30
2.2. Разработка расчетного модуля с использованием метода конечных элементов применительно к программе автоматизированного проектирования двухпилонного вантового моста 34
2.2.1. Принятые расчетные предпосылки 34
2.2.2. Реализация статического расчета рассматриваемых двухпилонных вантовых мостов методом конечных элементов 35
2.2.2.1. Разбивка расчетной схемы двухпилонного вантового моста на конечные элементы, нумерация узлов и конечных элементов 35
2.2.2.2.Формирование матрицы индексов 37
2.2.2.3.Формирование матриц жесткости конечных элементов вантового моста 43
2.2.2.4. Формирование матрицы жесткости конструкции вантового моста в целом 46
2.2.3. Формирование матрицы загружений вантового моста 48
2.2.3.1.Приведение рассматриваемой схемы загружения временной нагрузки к узловой точке 48
2.2.3.2. Приведение заданных постоянной и временной нагрузок к узловой точке 49
2.2.3.3.Определение силовых факторов при разных схемах загружения 51
2.2.4.Формирование и решение системы линейных уравнений МКЭ конструкции Байтового моста 53
2.2.4.1.Свойства системы линейных уравнений (СЛУ) МКЭ 53
2.2.4.2. Методы решения уравнений СЛУ МКЭ Байтового моста 54
2.3. Вывод по главе 2 58
Глава 3. Разработка программы автоматизированного проектирования двухпилонных металлических вантовых мостов 59
3.1.Вводные замечания 59
3.2.Принятая блок-схема разработанной программы АПВМ 65
3.3. Принятая методика обоснования размеров ортотропной плиты (продольных и поперечных ребер) по местному действию нагрузки и начальных размеров вант, оттяжки, элементов балки жесткости и пилонов .72
3.4. Математическая формулировка задачи автоматизированного проектирования двухпилонных вантовых мостов 78
3.5.Способ определения зависимых параметров при оптимизации проектирования вантовых мостов 80
3.6.Способ определения независимых параметров при оптимизации проектирования вантовых мостов 83
3.7.Тестирование расчетного модуля разработанной программы автоматизированного проектирования двухпилонных вантовых мостов 84
3.8.Тестирование проектирующей части разработанной программы автоматизированного проектирования двухпилонных вантовых мостов 91
3.9.Выводы по главе 3 93
Глава 4. Определение оптимальных параметров двухпилонных металлических вантовых мостов по критерию минимальной стоимости с помощью разработанной программы автоматизированного проектирования 95
4.1. Вводные замечания и выбор независимых параметров двухпилонных вантовых мостов 95
4.2. Исследование зависимости стоимости пролетного строения двухпилонного Байтового моста от количества узловых точек и высоты балки жесткости при заданной длине балки жесткости 97
4.3. Исследование влияния соотношение М и К (соотношение количеств вант в крайнем пролете и среднем пролете) при фиксированном количестве узловых точек на стоимость пролетного строения и пилонов 104
4.4. Исследование влияния заданного значения угла наклона наиболее удаленной ванты 107
4.5. Исследование влияния количества стенок балки жесткости на выходные характеристики пролетного строения двухпилонного Байтового моста 111
4.6. Исследование влияния значений коэффициента увеличения площади опорных вант KFOW и отношения площади оттяжки к площади опорной ванты KFOT на стоимость пролетного строения 112
4.7.Исследование влияния значения L2 и шага L3 продольных ребер ортотропной плиты на стоимость пролетного строения и их зависимости от полной длины балки жесткости 114
4.8. Исследование влияния на массу пилонов толщины листа, используемого для тела пилона и расстояние между поперечными ребрами на стенках пилона 119
4.9. Исследование влияния уровня расчетных сопротивлений используемого металла на массу пролетного строения 120
4.10.Исследование влияния доли расчетного сопротивления ETTA 1,выделяемой на восприятие местного действия нагрузки, на площадь пролетного строения 122
4.11. Выводы по главе 4 124
Заключение 127
Литература 130
- Анализ состояния использования персональных компьютеров для проектирования мостовых конструкций
- Приведение заданных постоянной и временной нагрузок к узловой точке
- Принятая методика обоснования размеров ортотропной плиты (продольных и поперечных ребер) по местному действию нагрузки и начальных размеров вант, оттяжки, элементов балки жесткости и пилонов
- Исследование влияния соотношение М и К (соотношение количеств вант в крайнем пролете и среднем пролете) при фиксированном количестве узловых точек на стоимость пролетного строения и пилонов
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в мировом мостостроении все более широкое применение находят вантовые мосты. За последние 20 - 30 лет в мире построены десятки выдающихся вантовых мостов. Непрерывно возрастают величины их пролётов. Достигается относительное снижение высоты балки жёсткости. Наблюдается тенденция к последовательному сокращению длин панели при увеличении числа вант, что связано со стремлением к снижению изгибающего момента в балке жёсткости.
Значительный интерес к применению вантовых мостов появляется в последние годы также в России и во Вьетнаме. Наблюдается тенденция к их более широкому применению по экономическим соображениям. Однако, при всей их относительной дешевизне они представляют собой сложные и дорогие сооружения. В связи с этим важно еще на стадии вариантного проектирования определять оптимальную конструкцию Байтового моста, что можно сделать успешно только с применением персонального компьютера (ПК).
Научно-технический прогресс второй половины двадцатого века проявился во всех областях науки и техники, в том числе и в области проектирования сооружений. Наличие в научно-исследовательских и проектных институтах быстродействующих ПК, оснащенных дисплеями, графопостроителями и другой современной периферийной техникой, открыло широкие возможности для применения современных методов расчета и оптимизации проектируемых сооружений.
Тем не менее, в проектных организациях вычислительная техника пока используется в основном для выполнения расчетных и чертежных работ в ходе проектирования. Решение задач компоновки сооружения и изменение размеров его элементов в нужном направлении выполняется инженером-проектировщиком вручную с учетом его инженерной интуиции и опыта.
6 Между тем эта работа может быть с успехом поручена ПК, если в основу алгоритма действий ПК заложить логику действий инженера проектировщика.
Настоящая диссертация является частью цикла актуальных научно-исследовательских работ, выполняемых на кафедре мостов и транспортных тоннелей МАДИ, посвященных автоматизации проектирования и оптимизации различных мостовых конструкций. Она является продолжением ранее выполненной на кафедре диссертации Ализаде Шахрама, посвященной оптимизация параметров двухпилонных вантовых мостов с металлическими балками жесткости.
Цель работы. Совершенствование программы автоматизированного проектирования двухпилонных металлических вантовых мостов с целью повышения производительности труда проектировщиков, качества проектной документации и сокращения срока проектирования и разработка более обоснованных рекомендаций по назначению их параметров на этапе вариантного проектирования.
Задачи работы.
1 .Разработать модуль для расчета двухпилонных вантовых мостов на основе
метода конечных элементов (МКЭ) с целью его использования в программе
автоматизированного проектирования металлических двухпилонных
вантовых мостов.
2.Совершенствовать алгоритм программы автоматизированного
проектирования двухпилонных металлических вантовых мостов с использованием расчетного модуля на основе МКЭ с учетом основных требований СНиП 2.05.03-84*.
3. Разработать и тестировать программу автоматизации проектирования двухпилонных металлических вантовых мостов с реализацией расчетной части на основе МКЭ с использованием языка Visual Basic 6.0.
4. С помощью разработанной программы автоматизированного проектирования выполнить исследование влияния основных параметров двухпилонных металлических вантовых мостов на стоимость конструкции.
Объект исследования. Автодорожные двухпилонные металлические вантовые мосты.
Методика исследования. Расчетно-теоретическая, основанная на использовании требований действующих нормативных документов на проектирование мостовых сооружений.
Научная новизна работы заключается в следующем. 1.Разработан модуль для расчета двухпилонных вантовых мостов на основе МКЭ с целью его использования в программе автоматизированного проектирования металлических двухпилонных вантовых мостов.
2.Совершенствован алгоритм программы автоматизированного проектирования двухпилонных металлических вантовых мостов с использованием расчетного модуля на основе МКЭ с учетом основных требований СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы».
Разработана и тестирована программа автоматизации проектирования двухпилонных металлических вантовых мостов с реализацией расчетной её части на основе МКЭ с использованием языка Visual Basic 6.0.
С помощью разработанной программы автоматизации проектирования выполнено исследование влияния основных параметров двухпилонных металлических вантовых мостов на стоимость конструкции.
5. Разработаны рекомендации по использованию разработанной программы для выбора практически оптимального решения двухпилонных вантовых мостов на стадии их вариантного проектирования.
Практическая ценность заключается в том, что: усовершенствованная автором программа автоматизированного проектирования двухпилонных металлических вантовых мостов позволяет определять их оптимальные параметры с оптимизацией их проектного
решения по минимуму суммарной стоимости использованных материалов,
повысить качество проектной документации и сократить срок
проектирования. Эффективность работы определяется возможностью резкого повышения производительности труда проектировщиков на этапе вариантного проектирования за счет использования современной вычислительной техники в режиме тесного общения инженера - проектировщика с персональным компьютером; Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
1 .Модуль для расчета двухпилонных вантовых мостов на основе МКЭ с целью его использования в программе автоматизированного проектирования металлических двухпилонных вантовых мостов.
2.Алгоритм программы автоматизированного проектирования двухпилонных металлических вантовых мостов с использованием расчетного модуля на основе МКЭ с учетом основных требований СНиП 2.05.03-84*.
3.Программа автоматизации проектирования двухпилонных металлических вантовых мостов с реализацией расчетной её части на основе МКЭ с использованием языка Visual Basic 6.0
4.Результаты исследования влияния основных параметров двухпилонных металлических вантовых мостов на суммарную стоимость используемых в них материалов.
5.Рекомендации по использованию разработанной программы для выбора практически оптимального решения двухпилонных вантовых мостов на стадии их вариантного проектирования.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы опубликованы в 4 статьях, доложены и одобрены на ежегодных научно-технических конференциях (2004-2006) Московского автомобильно-дорожного института (ГТУ).
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 140 страницах машинописного текста и включает в себя введение, четыре главы, заключение, 63 рисунка, 6 таблиц, список литературы из 145 наименований.
Анализ состояния использования персональных компьютеров для проектирования мостовых конструкций
Развитие современной вычислительной техники и программного обеспечения," а также новых методов строительной механики послужило мощным импульсом для разработки универсальных методов расчета конструкций с большими возможностями в части обработки неограниченного объема математических операций. Значительное место в этом процессе заняли расчеты на базе метода конечных элементов .
Метод конечных элементов получил широкое распространение в расчетах прочности конструкций и за сравнительно короткое время превратился в один из самых эффективных численных методов.
Популярность метода, с одной стороны, объясняется его исключительной универсальностью, т.е. независимостью конкретного типа рассматриваемой конструкции, от способа закрепления и характера нагрузки, а с другой стороны, - наличием программ, обеспечивающих автоматизацию операций формирования решения систем алгебраических уравнении и сводящих к минимуму необходимый объем вычислений.
Первоначально МКЭ применяли лишь для научных исследований, вследствие сложности его использования и большими затратами машинного времени, но стремительный прорыв в области высоких технологий за последние десятилетия привел к высочайшему темпу роста производительности и возможностей персональных компьютеров, что незамедлительно проявилось в применении МКЭ в практике проектирования строительных конструкций. Бурное развитие и широкое применение МКЭ не обошло стороной и мостостроение
За последние десятилетие во многих научных и проектных организациях для расчета мостовых конструкций используются, основанные на принципах МКЭ, различные универсальные программы GER, MAV, КАТРАН (МИИТ); СПРИНТ; ЛИРА, SCAD (НИИАСС); ПРОЧНОСТЬ (КИСИ); STARKJES, Mi-croFe_2004 (ЦНИИСК), ММ-90 (ЦНИИС).
Универсальные программные расчетные комплексы (ПРК) зарубежных разработчиков: MSC_NASTRAN, ANSYS, CosmosM, Pro/Engineering, ROBOT 20 Millennium, R-STAB, GT_STRUDL и др. применяются в том числе и для расчетов пространственных конечно-элементных моделей вантово-балочных пролетных строений. Различные методики "плоского" расчета изложены В.И.Киреенко [41], В.К.Качуриным [38,39]. В.А.Смирновым предложен матричный метод расчета БВМ [88] для реализации на ЭВМ. В частности, динамические характеристики вантово-балочного пролетного строения вантово-балочного моста через р.Объ около г.Сургута анализировались специалистами МИИТа под руководством проф. С.Б.Косицына и Д.Б.Долотказина при помощи пространственной стержневой модели в среде MSC_NASTRAN [24,105] и ANSYS [25]. Расчет напряженно-деформированного состояния (НДС) и динамических характеристик стержневой конечно-элементной модели вантово-балочного моста через р.Неву на КАД в г.Санкт-Петербурге производился специалистами Гипростроймост-Санкт-Петербург при помощи расчетного комплекса GT_STRUDL [85]. Проектные проработки вантово-балочного моста с арочным пилоном в Серебряном бору в г. Москве проводились специалистами НПО «Мостовик» при помощи пространственной дискретно-континуальной пластинчатой модели на базе CosmosM в среде трехмерного проектирования SolidWorks. Однако, зарубежные специализированные ГТРК ориентированы на действующие национальные нормативные документы, по проектированию мостов -EuroCode3 (Европа), BS5400 (Англия), AASHTO (США), GBJ (Китай), Indian Standard (Индия), JIS (Япония) и т.д. и не учитывают требования отечественных норм [120]. Серия специализированных комплексов на основе МКЭ, рассчитанных на проектные проработки мостов (GER, GER_Pro, MAV), разрабатываются в МИИТе при участии проф. А.В.Александрова, В.Б.Зылева [27,28], И.Ш.Гершуни [14], А.В.Матвеева [48]. Здесь имеется возможность построения и загружения линий и поверхностей влияния в автоматическом режиме, в том числе и для вантово-балочных систем, применены специальные канатные конечные элементы для моделирования висячих и вантовых систем. Специализированный ГТРК для пространственного расчета мостов ММ-90 разработан в ОАО ЦНИИС Н.М.Митропольским [51]. Комплекс обладает функциональным графическим интерфейсом и широким набором специальных возможностей для расчетов мостов. В частности, ММ-90 был задействован в проектных проработках и моделировании вантово-балочных пролетных строений мостов через р.Волгу в г.Ульяновске и через р.Объ у г.Сургута. Специализированные ГТРК для мостостроения разрабатываются и совершенствуются также в ряде проектных организаций, таких как Гипротрансмост, Гипростроймост, Гипростроймост-Санкт-Петербург, НПО «Мостовик» и др. Они направлены на решение конкретных задач, актуальных для проектировщиков и строителей.
Проведенный анализ вышеперечисленных наработок позволяет сделать вывод, что возможности современных ГТРК и мощных персональных компьютеров позволяют моделировать численными методами вантово-балочные системы пролетных строений практически любой сложности и с необходимой степенью детализации.
За рубежом для проектных проработок и научных исследований при строительстве масштабных транспортных объектов, в том числе вантово-балочных мостовых систем, используют ГТРК, специализирующиеся на комплексном расчетном обеспечении всех стадий монтажа и эксплуатации. В данное время этим требованиям отвечают весьма сложные и дорогостоящие ГТРК, такие как TDV_RM2004, Lusas Bridge, Midas/Civil, SAP2000, SAM, Sofistik, MC3D_COWI, LarsaJD и др [132,135,136].
Приведение заданных постоянной и временной нагрузок к узловой точке
Поскольку вычисления производятся начиная с последнего, и кончая первым элементом Xi, этот этап решения называется обратным ходом. Таким образом, если проведено LU-разложение матрицы А, то дальнейшие вычисления сводятся к двум простым циклам, осуществляющим вычисления по формулам (2.14) и (2.15). Если надо многократно решать исходную систему уравнений для разных значений правых частей уравнений, то достаточно один раз провести LU-разложение, а затем можно многократно применять формулы (2.14) и (2.15) для различных значений вектора В.
Осталось рассмотреть, как осуществляется само LU-разложение. Его можно осуществить следующей рекуррентной процедурой:
Сначала вычисляются элементы Ujj первой строки. Затем вычисляются элементы 1ц первого столбца. Потом вычисляются элементы U]j второй строки, элементы 1ц второго столбцами т.д. При такой последовательности вычислений оказывается, что очередные элементы зависят только от уже рассчитанных элементов матриц L и U и от коэффициентов матрицы А, относящихся к уже рассмотренным срокам и столбцам.
Рассмотренная процедура легко выполняется только в случае, если не равны нулю все диагональные элементы 1 , на которые приходится делить при вычислении элементов матрицы L. Если же на каком-то шаге оказывается, что Ukk = 0 то надо в оставшейся части строки к попытаться найти ненулевой элемент. Если такой найдется в некотором столбце s, то надо поменять местами столбцы s и к, включая все уже посчитанные в этих столбцах элементы матриц U и L. А если ненулевого элемента в строке не нашлось, значит, матрица особенная, так что решить систему уравнений невозможно.
Элементы матриц L и U обычно хранятся в одной матрице размером п на п. В такой матрице не помещаются только диагональные элементы матрицы L. Но заведомо известно, что все они равны единицам, так что хранить их не имеет смысла. Поэтому требуемые затраты памяти под матрицы при решении линейной системы уравнений методом LU-разложенья равны 2n , учитывая исходную матрицу и матрицы L и U. Однако если не требуется сохранять элементы исходной матрицы, то эти затраты можно вдвое уменьшить. Дело в том, что под хранение L и U можно использовать исходную матрицу А. Приведенные выше рекуррентные формулы построены так, что поочередная замена элементов ау на 1у и Uy не нарушает вычислений.
В процессе LU-преобразования возможна потеря точности из-за ошибок округления. Эти потери меньше, если применять преобразование с выбором главного элемента. В этом случае в каждом цикле расчета столбцы матрицы переставляются таким образом, чтобы на диагонали оказывался максимальный по модулю элемент. Т.е. делаются описанные ранее перестановки, но не только тогда, когда диагональный элемент равен нулю, а всегда. Причем ищется не просто первый ненулевой элемент, а максимальный по модулю. Это, конечно, несколько затягивает вычисления, но зато обеспечивает лучшую точность расчета.
Во второй главе разработаны основы модуля для расчета двухпилонных вантовых мостов на основе МКЭ с целью его использования в программе автоматизированного проектирования металлических двухпилонных вантовых мостов. Разработка программы автоматизированного проектирования двухпилонных металлических вантовых мостов 3.1. Вводные замечания Программа автоматизированного проектирования двухпилонных вантовых металлических мостов (АПВМ) включает в себя 4 больших модуля: 1. Расчетный модуль, который выполняет статический расчет вантовых мостов методом конечных элементов по деформированной схеме, 2. Модуль проектирования, включающий в себя блок определения первоначальных размеры всех элементов конструкции вантовых мостов; блок проверки условий прочности, устойчивости и жесткости; блок корректировки размеров элементов вантовых мостов в нужном направлении. 3. Модуль оптимизации конструкции вантовых мостов. 4. Модуль печати результата проектирования и оптимизации, он также используется для отладки каждого блока в программе АПВМ. На входе этой программы должны быть следующие исходные данные: L0 - Задаваемая полная длина балки жесткости в м М - Задаваемое количество узловых точек для крепления вант в крайних пролетах К - Задаваемое количество узловых точек для крепления вант в левой половине основного пролета FIPREDW - Задаваемый предельный угол наклона оттяжек к горизонтали в градусах DHP -Задаваемая высота пилона от фундамента до уровня проезжей части.
Принятая методика обоснования размеров ортотропной плиты (продольных и поперечных ребер) по местному действию нагрузки и начальных размеров вант, оттяжки, элементов балки жесткости и пилонов
По этой же формуле вычисляется значение изгибающего момента от нагрузки НК-80.При этом предварительно определяется значения Р1 от колес НК-80.Болынее из полученных значений изгибающего момента используется для подбора сечения поперечной балки.
При подборе сечения поперечных ребер ортотропной плиты по условиям прочности и жесткости выполняются следующие шаги: 1. Вычисляется требуемый момент сопротивления для поперечной балки по вычисленному ранее изгибающему моменту. \Утр =M1/R 2. Принимается расчетная ширина Ы листа, включаемая в поперечное сечение поперечной балки, как меньшая из двух значений: bl=0.2Lw (пролета поперечной балки) и Ы=12 (пролета продольной балки). Толщина листа настила принята ранее/. 3. По условию жесткости принимается высота поперечного ребра hl=(l/10)L 10.Толщина стенки по условию обеспечения местной устойчивости без постановки ребер жесткости принимается Sl=(l/60)hl, но не менее 1,2 см. 4. Остальные два размера: ширина Ьнп и толщина 8нп нижнего пояса балки опренделяются из необходимости обеспечения требуемого момента сопротивления с учетом того, что принимается 6нп= Ьнп/10, но не менее 12 мм. При предварительном определении размеров поперечного сечения балки жесткости принимались во внимание следующие соображения: а) необходимость иметь требуемый его момент инерции по условию жесткости пролетного строения; б) уже произведенный ранее предварительный выбор следующих размеров, относящихся к поперечному сечению балки жесткости: - высоты балки жесткости (НО ), принимаемой в цикле по её изменению; - толщины листа настила ( TL ), входящего в поперечное сечение верхнего пояса балки жесткости; - шага между продольными ребрами ( L3 ), высоты продольного ребра ( Н2 ), толщины стенки продольного ребра - толщины стенок Osto балки жесткости, принятой по условию обеспечения местной их устойчивости при постановке поперечных и продольных ребер жесткости, равной 1 / 200 высоты стенки; Предварительное определение необходимой толщины нижнего пояса балки жесткости определяется в первом приближении из условия, чтобы получаемый при этом момент инерции балки жесткости был не менее 1/100 величины требуемого по условию жесткости момента инерции разрезной балки, воспринимающей ту же нагрузку на пролете между устоями. В дальнейшем требуемый момент инерции балки жесткости уточняется по данным получаемого прогиба балки жесткости рассматриваемого варианта Байтового моста. Минимально необходимые начальные значения площадей вант предварительно определяются как наибольшие из двух значений, определяемых по условию прочности и жесткости каждой из вант с учетом действующих временной и постоянной нагрузок, воспринимаемой каждой из вант. Площади опорных вант Fwi (М), Fwi (М + 2 (К + 1)) представляется возможным умножить на величину KFOW, задаваемую в исходных данных. Площади левой Fotl и правой Fotr оттяжек предварительно принимаются равным площадям опорных вант, умноженных на параметр KFOT, задаваемый в исходных данных. Высота пилонов над уровнем проезжей части (НР1) принимается из условия, чтобы угол наклона наиболее удаленной от пилона ванты или оттяжки был не менее задаваемого в исходных данных предельного угла. Угол наклона оттяжек определяется местными условиями и задается в пределах 30 - 45. Необходимая длина оттяжек принимается в зависимости от принятой высоты пилона и принятых углов наклона оттяжек по местным условиям. При предварительном определении размеров поперечного сечения пилона учитывается только сжимающее усилие, возникающее на верху пилона от собственного веса балки жесткости и временной нагрузки, расположенной во всех полосах движения по всей длине пролетного строения. При последующей корректировке размеров верхнего и нижнего поперечных сечений пилона принимаются во внимание возникающие реальные сжимающие силы и изгибающие моменты в этих сечениях. Размеры сечения определяются с учетом предварительно определяемой оптимальной гибкости пилона по методике, предложенной профессором, Саламахиным П.М. [76] с учетом условий прочности сечений и обеспечения устойчивости пилона в целом в предположении, что нижняя часть пилона заделана, а положение верха пилона вдоль оси моста зафиксировано оттяжкой.
Рациональное количество вант на балке жесткости определяется по критерию минимальной стоимости пролетного строения путем рассмотрения всей целесообразной области изменения их количества при заданных длине балки жесткости и пролете моста.
Исследование влияния соотношение М и К (соотношение количеств вант в крайнем пролете и среднем пролете) при фиксированном количестве узловых точек на стоимость пролетного строения и пилонов
Анализ этих данных позволяет сделать вывод о хорошем совпадении результатов с учетом неопределенности данных о требованиях к жесткости вантовых мостов, предъявляемых в Японии, а также неопределенностей с расчетными сопротивлениями материалов, использованных в реальной конструкции моста Татара.
Длительное время проектирования Байтового моста по типу Татара(1.5 часа) даже при использовании плоской расчетной схемы приводит к мысли о том, что в программах автоматизированного проектирования расчетные комплексы на базе МКЭ целесообразно применять с использованием только плоской расчетной схемы. При использовании пространственной схемы резко увеличится время решения системы уравнений на одном шаге итерации, а поскольку количество шагов итерации в ходе последовательных приближений может исчисляться сотнями, то процесс проектирования может длиться долго, что может оказаться неприемлемым по разным причинам, в том числе и по соображениям возможности сбоев работы компьютера. В связи с этим пространственные методы расчета с использованием МКЭ целесообразно использовать на завершающем этапе проектирования, для проверки напряженно-деформированного состояния запроектированной конструкции. 3.9. Выводы по главе 3
Приведен принятый алгоритм усовершенствованной программы автоматизированного проектирования двухпилонных металлических мостов с использованием расчетного модуля на основе МКЭ.
Изложена методика назначения первоначальных значений зависимых размеров элементов Байтового моста и последующей их корректировки в ходе итерационного процесса последовательных приближений, а также методика определения независимых параметров по критерию минимальной стоимости использованных материалов.
Приведены результаты тестирования разработанного расчетного модуля, позволившие сделать вывод о возможности его использования в программе автоматизированного проектирования.
Приведены результаты тестирования проектирующей части программы автоматизированного проектирования, позволившие сделать вывод о возможности её использования для целей проектирования и исследования. 5. Пространственные методы расчета с использованием МКЭ при автоматизированном проектировании двухпилонных вантовых мостов целесообразно использовать на завершающем этапе проектирования, для проверки напряженно-деформированного состояния запроектированной конструкции. Разработанная программа автоматизированного проектирования позволяет по введенным исходным данным определить рациональную схему двухпи-лонного Байтового моста, размеры всех элементов балки жесткости, пилона, вант и оттяжек. Она может быть использована и как инструмент для исследования влияния различных параметров двухпилонных вантовых мостов на выходные данные их проектных решений: стоимости моста в целом, расход материала на балку жесткости, пилон, ванты и.т.д. По результатам таких исследований представляется возможным разработать рекомендации по установлению оптимальных значений различных параметров и размеров этих мостов. Среди искомых параметров и размеров элементов двухпилонного Байтового моста предварительно выделены по методике проф. Саламахина П.М. две их группы: независимые и зависимые. Отличительной особенностью зависимых параметров является то, что для нахождения каждого из них имеется вполне определенное условие прочности или комплекс условий (прочности, жесткости, местной устойчивости, конструктивные требования). Независимые параметры характеризуются тем, что их оптимальные значения могут быть определены лишь по общим для всех условиям - обеспечению минимальной стоимости моста в целом или о минимальных расходов материалов на элементы моста при заданных исходных данных. Для определения искомых значений каждого из них не представляется возможным сформулировать специальное условие, используя которое можно было бы найти его единственное и рациональное значение. В связи с этим в работе решалась задача нахождения оптимальных независимых параметров вантовых мостов для получения рациональных их конструктивных решений. Как установлено в диссертации Али Заде рациональному конструктивному решению рассматриваемого двухпилонного Байтового моста, включающего балку жесткости, ванты и пилоны, соответствующему минимальной стоимости при заданных исходных данных ( L0, числу полос движения, нагрузка в полосах движения, ширине пролетного строения, конструктивной его форме, высоте пилона до уровня проезжей части от фундамента, физико-механическим характеристикам и цене материалов для балки жесткости, вант и пилона ) должны соответствовать неизвестные численные значения следующих независимых размеров и параметров: 1. N - количество узловых точек на балке жесткости ( М и К ); 2. FIPREDW - величина угла наклона наиболее удаленной от пилонов ванты; 3. Nst - количество вертикальных стенок в поперечном сечении балки жесткости; 4. НО - высота балки жесткости; 5. L2 - пролет продольных ребер ортотропной плиты; 6. L3 - расстояние между продольными ребрами ортотропной плиты; 7. - толщина листа, используемого при изготовлении пилона; 8. Ь2ПИЛ - расстояние между поперечными ребрами, устанавливаемыми по высоте пилона; 9. KFOW - коэффициент увеличения площадей опорных вант у пилонов для управления жесткостью опирання балки жесткости на пилоне; 10.KFOT - Отношение площадей оттяжек и опорной ванты. 11. ETTA 1-доля расчетного сопротивления, выделяемой на восприятие местного действия нагрузки продольными ребрами ортотропной плиты
