Издаётся с сентября 1923 года
DOI: 10.33622/0869-7019
Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science
  • СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ
  • Выбор рациональных параметров и топологии преднапряженных стальных рамных конструкций
  • УДК 624.072:624.014
    doi: 10.33622/0869-7019.2022.09.52-56
    Анатолий Викторович АЛЕКСЕЙЦЕВ, доктор технических наук, доцент, alekseytsevav@mgsu.ru
    Екатерина Владимировна ДОМАРОВА, старший преподаватель, domarovaev@mgsu.ru
    Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337 Москва, Ярославское ш., 26
    Аннотация. Предложен подход к выбору рациональных параметров и топологии систем предварительного напряжения металлических стержневых конструкций. Поиск по критерию минимизации стоимости осуществляется на дискретных множествах варьируемых переменных. При этом рассматриваются три частных постановки задачи. Первая предполагает фиксацию уровня преднапряжения и подбор профилей конструктивных элементов. Вторая постановка предусматривает возможность изменения положения системы преднапряжения на конструкции. Третья учитывает варьирование как усилия, создаваемого системой преднапряжения, так и ее расположение. В качестве инструмента для поиска рационального решения принят адаптированный генетический алгоритм. Использование генетического алгоритма предусматривает формирование наборов решений, которые улучшаются в процессе проверки на соответствие выбранному критерию оптимальности. Каждый элемент набора в генетическом алгоритме - это вариант конструкции с заданными параметрами и топологией системы преднапряжения. Работоспособность предлагаемых поисковых процедур подтверждена примерами проектирования рациональных для выбранных начальных условий преднапряженных рам с ферменным ригелем. При этом показано, что преднапряжение - эффективный способ получения несущих систем с минимальной стоимостью при варьировании параметрами конструкции, усилиями и геометрией ее преднапрягающих устройств.
    Ключевые слова: оптимизация, генетический поиск, преднапряженные фермы, стальные конструкции, нормальная эксплуатация, минимизация стоимости
  • СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
    1. Тамразян А. Г., Алексейцев А. В. Современные методы оптимизации конструктивных решений для несущих систем зданий и сооружений // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. № 1. С. 12-30.
    2. Ivashenko I. A. Optimization of the prestress value in binding of reinforced concrete structures [Оптимизация усилия преднапряжения при соединении железобетонных конструкций]. Procedia Engineering, 2016, no. 150, pp. 1771-1775.
    3. Eurviriyanukul S., Askes H. Tendon layout optimization through configurational forces equilibration in plane stress analysis of prestressed concrete structures [Оптимизация преднапряженного армирования на основе равновесия плоских сечений предварительно напряженных железобетонных конструкций]. Computers & Structures, 2011, no. 89, pр. 1673-1680.
    4. Barakat S., Bani-Hani K., Taha M. Q. Multi-objective reliability-based optimization of prestressed concrete beams [Многокритериальная оптимизация предварительно напряженных железобетонных балок на основе теории надежности]. Structural Safety, 2004, no. 26, pp. 311-342.
    5. Steensels R. et al. A two-stage modelling approach for the analysis of the stress distribution in anchorage zones of pre-tensioned, concrete elements [Двухэтапный подход к моделированию распределения напряжений в зонах анкеровки предварительно напряженных железобетонных элементов]. Engineering Structures, 2017, no. 15, pp. 384-397.
    6. Khaleel M. A., Itani R. Y. Optimization of partially prestressed concrete girders under multiple strength and serviceability criteria [Оптимизация частично предварительно напряженных железобетонных ферм с использованием мультипликативного критерия прочности и эксплуатационной пригодности]. Computers & Structures, 1993, no. 49, pp. 427-438.
    7. Martн J. V. ey al. Design of prestressed concrete precast road bridges with hybrid simulated annealing [Проектирование сборных автомобильных мостов из предварительно напряженного железобетона методом симуляции отжига]. Engineering Structures, 2013, no. 48, pp. 342-352.
    8. Rana S., Islam N., Ahsan R., Ghani S. N. Application of evolutionary operation to the minimum cost design of continuous prestressed concrete bridge structure [Эволюционная процедура минимизации стоимости неразрезной предварительно напряженной железобетонной конструкции моста]. Engineering Structures, 2013, no. 46, pp. 38-48.
    9. Quagliaroli M., Malerba P.G., Albertin A., Pollini N. The role of prestress and its optimization in cable domes design [Роль предварительного напряжения и его оптимизация при проектировании вантовых куполов]. Computers & Structures, 2015, no. 161, pp. 17-30.
    10. Guo J., Jiang J. An algorithm for calculating the feasible pre-stress of cable-struts structure [Алгоритм расчета допустимого предварительного напряжения вантовой конструкции]. Engineering Structures, 2016, no. 118, pp. 228-239.
    11. Kirsch U. Two-level optimization of prestressed structures [Двухуровневая оптимизация предварительно напряженных конструкций]. Engineering Structures, 1997, no. 19, pp. 309-317.
    12. Ailin Z. et al. The shape optimization design of prestressed cable-truss structure based on evolutionary method of nodes [Оптимизация формы предварительно напряженной вантово-ферменной конструкции на основе эволюционного поиска расположения узлов]. Fourth International Conference on Advances in Steel Structures, 2005, no. II, pp. 1335-1340.
    13. Levy R., Hanaor A. Optimal design of prestressed trusses [Оптимальное проектирование предварительно напряженных ферм]. Computers & Structures, 1992, no. 43, pp. 741-744.
    14. Ruocci G., Cumunel G., Le T. et al. Damage assessment of pre-stressed structures: a SVD-based approach to deal with time-varying loading [Оценка повреждений предварительно напряженных конструкций: синулярное разложение для изменяющейся во времени нагрузки]. Mechanical Systems and Signal Processing, 2014, no. 47, pp. 50-65.
    15. Gosaye J. et al. Compressive behaviour and design of prestressed steel elements [Расчет и проектирование сжатых предварительно напряженных стальных элементов]. Structures, 2016, no. 5, pp. 76-87.
    16. Wang J., Afshan S., Gardner L. Axial behaviour of prestressed high strength steel tubular members [Растяжение-сжатие предварительно напряженных труб из высокопрочной стали]. Journal of Constructional Steel Research, 2017, no. 133, pp. 547-563.
    17. Li P., Wadee M. A., Yu J. et al. Stability of prestressed stayed steel columns with a three branch crossarm system [Устойчивость предварительно напряженных стальных колонн с трехпластинной траверсой]. Journal of Constructional Steel Research, 2016, no. 122, pp. 274-291.
    18. Серпик И. Н., Курченко Н. С. Нахождение предельных нагрузок для систем тонкостенных стержней открытого профиля // Вестник Брянского государственного технического университета. 2013. № 1(37). С. 41-48.
    19. Serpik I. N., Alekseytsev A.V., Balabin P.Y. Mixed Approaches to handle limitations and execute mutation in the genetic algorithm for truss size, shape and topology optimization [Смешанные подходы к учету ограничений и выполнению мутаций в генетическом алгоритме структурно-параметрической оптимизации ферм]. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 2017, no. 61(3), pp. 471-482.
    20. Alekseytsev A. V. Mechanical safety of reinforced concrete frames under complex emergency actions [Механическая безопасность железобетонных каркасов при комбинированных аварийных воздействиях]. Magazine of Civil Engineering, 2021, no. 3(103), pp. 10306.
  • Для цитирования: Алексейцев А. В., Домарова Е. В. Выбор рациональных параметров и топологии преднапряженных стальных рамных конструкций // Промышленное и гражданское строительство. 2022. № 9. С. 52-56. doi: 10.33622/0869-7019.2022.09.52-56


НАЗАД