Delist.ru

Оптимальное проектирование орготропных конструкций мостовых сооружений при различных условиях нагрузения (17.11.2009)

Автор: Мохаммед Эльтантави Эльмадави Авад

Мохаммед Эльтантави Эльмадави Авад

ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОРТОТРОПНЫХ КОНСТРУКЦИЙ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ НАГРУЖЕНИЯ

Специальность

05.23.11 – Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2009

Работа выполнена в Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете) на кафедре строительной механики.

Научный руководитель: доктор технических наук, проф.,

Демьянушко Ирина Вадимовна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, проф.,

Фридкин Владимир Мордухович

кандидат технических наук,

Новак Юрий Владимирович

Ведущая организация: ФГУП «Росдорнии»

Защита диссертации состоится «17» декабря 2009 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.212.126.02 ВАК РФ в московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский проспект, 64, ауд. 42.

Телефон для справок – (499) 155 -93 -24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ (ГТУ)

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенные печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета. Копию отзыва просим присылать по E-mail: uchsovet@madi.ru

Автореферат разослан «16»ноября 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, профессор Н. В. Борисюк

ОбщАЯ характеристика работы

Актуальность работы. В настоящее время в автодорожном мостостроении широкое применение нашли металлические пролетные строения с ортотропными плитами в конструкциях проезжей части моста.

Создание современных вантово-балочных и висячих мостов, поражающих воображение огромными величинами пролетов, оригинальностью и прогрессивностью решений, было бы немыслимо без использования относительно легких стальных ортотропных конструкций проезжей части. Более того, мировая практика мостостроения выдвигает сегодня необходимость использования более легких конструкций. В современных мостах применяются не только простые открытые ортотропные плиты, но также ортотропные замкнутые конструкции, особенно в мостах с большими пролетами. В процессе эксплуатации эти конструкции подвергаются воздействию различных видов нагрузок (постоянные и временные нагрузки, ветровая нагрузка, сейсмические нагрузки). Материалы, технологии, требования по видам расчета и параметрам прочности определяются нормативными требованиями - Строительными Нормами и Правилами - (СНиП).

и др.). Использование мульти дисциплинарных программных комплексов МКЭ позволяет решать сложные задачи расчета пространственных конструкций не только при статической нагрузке и упругой работе материала в конструкции, но также с учетом нелинейности, как физической, так и геометрической, а также при вибрационных нагрузках (динамика, удар). Однако построение моделей МКЭ для сложных конструкций и различных видов нагружения не является однозначно решенной проблемой и требует обоснований и специальных усилий, особенно в случаях необходимости проведения многократных расчетов на этапах проектирования.

Расход металла на ортотропную плиту составляет 35-40 % от затрат металла на все пролетное строение моста, трудоемкость изготовления и строительства этих сооружений также высока, поэтому оптимальное автоматизированное проектирование ортотропных металлоконструкций необходимо при проектировании пролетных строений автодорожных мостов. Очевидно, что для оптимального автоматизированного проектирования и исследований необходимо создание современных программных инструментов, позволяющих пользователю просматривать множество вариантов и выбирать наилучшие, руководствуясь рядом ограничений и принимая во внимание различные критерии качества конструкции.

Существующие методы и программы оптимизации конструкций, определившие в недавнем прошлом значительный прорыв в развитии автоматизированного проектирования конструкций, в том числе и мостовых, используют подходы нелинейного программирования. Эти подходы, основаны на формировании целевого функционала и поиска его экстремума в области параметров, ограниченной явными ограничениями в виде неравенств или функциональными, и обычно называются методами однокритериальной оптимизации. Они обладают рядом недостатков, наиболее существенными из которых являются заранее сформулированная определенность при построении функционала, необходимость доказательства глобальной сходимости метода программирования (поиска), возможность упустить некоторые предпочтительные комбинации решений, трудность анализа влияния параметров на поведение и вид конструкции. Практически не существует программных средств позволяющих осуществлять процесс автоматизированного оптимального проектирования конструкций и работающих совместно с универсальными комплексами и моделями МКЭ, тем более для рассматриваемых мостовых конструкций.

Таким образом, разработка метода и программного комплекса многокритериального автоматизированного оптимального проектирования применительно к ортотропным мостовым металлоконструкциям с учетом их работы при различных нагрузках на основании расчетов МКЭ с использованием универсальных расчетных комплексов и разработка соответствующих типовых моделей МКЭ, является достаточно важной и актуальной задачей.

Проблема оптимизации конструкций мостовых сооружений, в частности, возникла при проектировании мостов в Египте. Первым большим мостом был мост Суэцкого канала (Рис.1), где были в проектном решении заложены значительные затраты металла. В конструкции проезжей части моста используются коробчатые ортотропные конструкции. В связи с повышением стоимости материалов и работ в последние годы существенно повысилась себестоимость дальнейшего строительства подобных мостов, которое необходимо для развития экономики страны. Представлялось важным разработать соответствующие методы и программные средства для оптимизации этих мостовых конструкций, провести на их базе анализ существующих проектных решений, чтобы использовать их в последующем проектировании новых мостовых сооружений.

Рис.1. Мост Суэцкого канала (Египет).

Цель работы. Целью настоящей работы является создание метода оптимального многокритериального проектирования ортотропных стальных мостовых конструкций проезжей части автодорожных мостов на основе разработки и обоснования типовых расчетных моделей для универсальных комплексов МКЭ и использования метода многокритериальной оптимизации; создание алгоритмов и соответствующего программного комплекса автоматизированного оптимального многокритериального проектирования, включающего как известные программные продукты, так и собственные алгоритмы и программы. Разработанные методы и программы предполагается использовать для анализа проектных решений существующих конструкций моста через Суэцкий канал в Египте с целью дальнейшего их применения при проектировании новых сооружений.

Задачи работы.

Анализ существующих мостовых ортотропных стальных конструкций проезжей части автодорожных мостов и требований, предъявляемых конструкциям при их проектировании.

Выбор метода и программного комплекса МКЭ для расчета конструкций, выбор типов элементов и обоснование типовых моделей МКЭ с учетом реальных конструктивных решений и расчетных схем нагружения, сравнение результатов расчетов с известными решениями, имеющими экспериментальное обоснование.

Разработка метода и разработка алгоритмов и программ многовариантного расчета ортотропной конструкции для обеспечения ускоренной автоматизации расчетов и удобства пользователя при оптимальном проектировании на базе современных программных продуктов и языков программирования, выбор параметров вариантного анализа и создание системы представления параметров и результатов.

Разработка программы автоматизированного анализа соответствия результатов расчета требованиям СНиП 2.05.03-84* "Мосты и трубы" по условиям прочности, общей и местной устойчивости.

Разработка алгоритма программы для получение верхней и нижней границ изменения значений исследуемых силовых факторов от временных нагрузок посредством размещения этих нагрузок в экстремальных областях предварительно полученных поверхностей влияния, соответствующих этому фактору.

загрузка...