авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Оптимизация конструкций железобетонных балок и рам методом эволюционного моделирования

-- [ Страница 3 ] --

где , , , , – задаваемые положительные числа; – функция Хэвисайда от некоторого аргумента x (=0, если ; =1, если ); ,,,,– максимальные значения величин ,,,
, для проверяемого проекта конструкции.

Редактирование группы улучшенных объектов. Каждый из объектов группы проверяется по двум критериям: существует ли такой объект в группе , и не превышает ли значение рассматриваемого объекта наибольшего значения целевой функции в данной группе. При обоих отрицательных ответах объект помещается в группу .

Рисунок 7 – Общая блок-схема итерационного процесса

Проверка удовлетворения критерию окончания эволюционного алгоритма. Расчеты показывают, что при оптимальном синтезе железобетонных рам и отдельных ригелей с помощью рассматриваемой итерационной схемы отсутствие изменений в группе в течение 300 итераций говорит о целесообразности остановки оптимизации. Этот критерий принят нами к реализации. Следует отметить, что эволюционное моделирование является эффективным инструментом для выхода из локальных экстремумов. Тем не менее, по определению, для задач переборного типа в общем случае не существует достоверного критерия получения глобального оптимума, кроме полного перебора вариантов.

Случайное изменение параметров. Случайным образом для части проектов группы может быть изменено несколько параметров.

Отбор по критериям оптимизации и обмен параметрами. Для объектов группы выполняются операторы эволюционного алгоритма, реализующие выбор пар объектов методом рулетки по критерию значения целевой функции и одноточечный обмен величинами параметров. Объекты, входящие в группы и , участвуют в этих процедурах на равных основаниях.

Проверка удовлетворения критерию сходимости по параметру . Спроектированная конструкция проверяется на выполнение ограничения 4. Расчеты показывают, что для цикла по параметру обычно требуется провести только 2-3 итерации.

Проверка выполнения условий устойчивости, местной прочности, живучести конструкции при запроектных воздействиях. Выполняются проверочные расчеты по удовлетворению ограничений 5-7.

Эволюционный синтез железобетонных конструкций с учетом многовариантности нагружения существенно повышает трудоемкость расчетов эволюционного алгоритма, так как оценку выполнения условий 1-3 для нелинейно деформируемых систем требуется независимо проводить для каждой учитываемой нагрузки. Данная проблема решается нами путем последовательного устранения из рассмотрения при движении по вариантам нагружения значений параметров, меньших величин, полученных в эволюционном цикле.

Предложенная эволюционная схема показала достаточно высокую скорость сходимости при оптимизации ряда конструкций железобетонных ригелей и рам. На рисунке 8 отражен характер сходимости итерационного процесса при выполнении четырех запусков подряд реализаций алгоритма для рамы, показанной на рисунке 3 при p=1. Во всех четырех расчетах был получен один и тот же вариант железобетонной системы.

Рисунок 8 – Изменение себестоимости железобетонной рамы в процессе
оптимизации: 1-4 – номера расчетов

Разработанные методики расчета и оптимизации железобетонных систем реализованы в программном комплексе DIVLOC.

В третьей главе приведено экспериментально-теоретическое подтверждение достаточно высокой точности предлагаемой в диссертации методики конечно-элементного моделирования деформаций стержневых железобетонных конструкций. При этом рассмотрены результаты испытаний железобетонных перемычек, двухполочного ригеля РДП 4.56-90 A-III, сведения из литературных источников и результаты расчетов, полученных с помощью лицензированной копии программы STARK_ES.

При выполнении диссертации в лаборатории кафедры «Механика» ФГБОУ ВПО «БГИТА» осуществлялись экспериментальные исследования железобетонных перемычек 8ПБ19-3п, изготовленных из бетона класса В15, стержневой арматуры класса А400 и проволочной арматуры класса В500. Железобетонные балки нагружались с помощью

универсальной испытательной машины УММ-5 (рисунок 9). Всего испытывалось шесть образцов-перемычек. Пять образцов нагружались силами РI, РII в два этапа с изменением положения пролетного участка (рисунок 10). На первом этапе (рисунок 10, а) для части образцов прогиб и ширина раскрытия нормальных трещин не превышали нормативных значений по непродолжительным нагрузкам. Для другой части использовались бльшие нагрузки, но не приводящие к разрушению балок. На втором этапе (рисунок 10, б) все образцы доводились до

Рисунок 9 – Балка на испытательном стенде

разрушения. Для каждого из этапов осуществлялось ступенчатое нарастание сил. Шестой образец испытывался только по схеме рисунка 10, но нагружение осуществлялось 25 раз.

а в
б

Рисунок 10 – Схема испытания изгибаемых железобетонных элементов: а – первый этап; б – второй этап; в – поперечные сечения балки:
1-4 – тензодатчики по сечению А-А, 1'-4' – по сечению Б-Б

Измерялись продольные относительные деформации бетона в растянутой и сжатой зонах, ширина раскрытия трещин, прогибы балок в центре пролета, вертикальные перемещения на опорах. Для определения деформаций использовались проволочные тензорезисторы с базой 20 мм, наклеенные вдоль балки по серединам пролетов (см. рисунок 10, в) и включенные по мостовой схеме. Сигналы от разбалансировки мостов подавались через многоканальный аналого-цифровой преобразователь LTR-EU-2-5 на персональный компьютер. Ширина раскрытия трещин фиксировалась при помощи микроскопа с ценой деления 0,001 мм. Прогибы и вертикальные перемещения опор балок измерялись индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм.

Вертикальные перемещения WI относительно опор в серединах пролетов пяти образцов-балок для первого этапа нагружения представлены на рисунке 11, где эти данные сопоставлены с результатами расчета конструкции, выполненного с помощью предлагаемой методики. Результаты расчета прогиба при 4 2PI 10 кН отличаются от экспериментальных значений не более чем на 25%. Разброс опытных значений связан главным образом с неоднородностью бетона и различиями его деформационных и прочностных характеристик для разных образцов. Расчет в целом отражает усредненную картину перемещений балок.

  Результаты определения-180

Рисунок 11 – Результаты определения прогибов

На рисунке 12 приведены результаты нахождения прогибов WI, WII в серединах пролетов и максимальных величин SI, SII раскрытия трещин на первом и втором этапах испытаний для образца 1, нагружение которого на первом этапе осуществлялось в пределах допустимого по СНиП. На рисунке 13 соответствующие результаты представлены в случае достижения на первом этапе прогибов и ширины раскрытия трещин, превышающих нормативные значения на 15…25 % (образец 5). Из рисунков 12, 13 видно, что в условиях, когда нагружение на первом этапе выполнялось в пределах ограничений СНиП, данные по деформативности на первом и втором этапах получились достаточно близкими для сопоставляемых нагрузок. В условиях, когда нагружение на первом этапе превысило допустимые пределы, такое расхождение уже стало значительным. Аналогичные результаты были получены на остальных трех образцах, испытанных с изменением пролетного участка.

Рисунок 12 – Результаты замеров для образца 1

Рисунок 13 – Результаты замеров для образца 5

Процесс многократного нагружения в рамках ограничений СНиП показал, что по мере увеличения числа циклов максимальные значения прогиба и ширины раскрытия трещин нарастали в пределах 15%. После 8-10 циклов наблюдалась определенная стабилизация этих величин.

Однопролетный двухполочный ригель РДП 4.56-90 А-III испытывался ОАО «Стройсервис» (г. Брянск). В этих испытаниях и обработке экспериментальных данных принимали участие сотрудники кафедры «Механика» ФГБОУ ВПО «БГИТА», включая автора диссертации. Расчеты ригеля с помощью разработанной многослойной схемы дали следующие расхождения с экспериментальными данными: по максимальному прогибу при контрольной нагрузке по жесткости – 9%, по нагрузке, при которой начинали образовываться трещины, – 11%, по ширине раскрытия трещин при соответствующей контрольной нагрузке – 15%, по нагрузке, при которой произошло разрушение конструкции, – 6%.

Установлено также удовлетворительное соответствие результатов расчетов на основе разработанной методики с экспериментальными данными Н.С. Михайловой по деформациям железобетонных балок и с результатами анализа перемещений однопролетной железобетонной рамы, полученными в программе STARK_ES.

В четвертой главе на основе решения ряда оптимизационных задач проиллюстрирована работоспособность предлагаемой методики при поиске эффективных конструктивных решений для железобетонных систем с тавровыми и прямоугольными поперечными сечениями стержней. Выполнена оптимизация трехпролетного ригеля, одноэтажной и двухэтажной рам. Изучен вопрос использования разработанных алгоритмов для оценки экономической целесообразности применения модифицированных бетонов. Отработан подход к выбору рационального способа изготовления конструкций на основе сопоставления оптимизированных вариантов проектных решений. Отражены результаты выполнения расчетов при многовариантности нагружений.

Особенности использования методики учета многовариантного нагружения показаны на примере оптимизации двухэтажной двухпролетной железобетонной рамы (рисунок 14) с прямоугольными поперечными сечениями ригелей и стоек. Рама имеет жесткие опорные связи Т. Жесткими стыками соединены между собой ригели L и M, колонны A и D, B и E, C и F. Ригели устанавливаются на колонны без монтажной сварки, что учитывается шарнирными связями.

Последовательно принималось во внимание шесть сочетаний нагрузок, включающих продолжительные, непродолжительные длительные и непродолжительные кратковременные нагрузки. В таблице приведены данные о выборе варьируемых параметров при движении по вариантам нагружения.

Рисунок 14 – Двухэтажная железобетонная рама:

1-20 – слои арматуры; A, B, C, D, E, F – колонны; G, K, L, M – ригели

Таблица – Допустимые значения параметров и результаты оптимизации

Обозначения Размерности Допустимые значения для первого варианта
нагружения
Результат оптимизации для варианта
нагружения
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6 7 8 9
hA=hB=hC см 40; 45; 50; 55; 60; 70 45
hD=hE=hF 50; 55; 60; 70; 80 80
hG=hK 45; 50; 60; 70; 80 60
hL=hM 45; 50; 60; 70; 80 45
b 60; 70; 80 60
Класс бетона В20; В25; В30; В35 В20
Класс арматуры А300; А400; А500; А600 А400

Продолжение таблицы

1 2 3 4 5 6 7 8 9
(d1, n1) мм, шт. (16, 3); (20, 2); (18, 3); (20, 3); (20, 4) (16, 3) (20,2)
(d2, n2) (16, 3); (20, 2); (18, 3); (20, 3); (20, 4) (16, 3) (20,2)
(d3, n3) (32, 2); (28, 3); (22, 5); (25, 4); (25, 5) (25, 5)
(d4, n4) (25, 4); (25, 5); (25, 6); (28, 5);
(28, 6), (32, 5)
(28, 6)
(d5, n5) (16, 3); (20, 2); (18, 3); (20, 3); (20, 4) (16, 3) (20, 2)
(d6, n6) (16, 3); (20, 2); (18, 3); (20, 3); (20, 4) (16, 3) (20, 2) (20, 3)
(d7, n7) (25, 5); (25, 6); (28, 5); (28, 6);
(32, 5), (32, 6)
(32, 5)
(d8, n8) (32, 2); (28, 3); (22, 5); (25, 4); (25, 5) (32, 2)
(d9, n9) (16, 3); (20, 2); (18, 3); (20, 3); (20, 4) (16, 3)
(d10, n10) (16, 3); (20, 2); (18, 3); (20, 3); (20, 4) (16, 3) (20,3)
(d11, n11) (16, 3); (20, 2); (18, 3); (20, 3); (20, 4) (16, 3) (20, 2)
(d12, n12) (16, 3); (20, 2); (18, 3); (20, 3); (20, 4) (16, 3) (20, 2) (18, 3)
(d13, n13) (32, 2); (28, 3); (22, 5); (25, 4); (25, 5) (32, 2)
(d14, n14) (32, 2); (28, 3); (22, 5); (25, 4); (25, 5) (32, 2) (22, 5) (25, 4)
(d15, n15) (16, 3); (20, 2); (18, 3); (20, 3); (20, 4) (16, 3) (20, 2)
(d16, n16) (16, 3); (20, 2); (18, 3); (20, 3); (20, 4) (16, 3) (18, 3)
(d17, n17) (32, 2); (28, 3); (22, 5); (25, 4); (25, 5) (32, 2) (28, 3) (22, 5)
(d18, n18) (32, 2); (28, 3); (22, 5); (25, 4); (25, 5) (32, 2) (28, 3) (22, 5)
(d19, n19) (16, 3); (20, 2); (18, 3); (20, 3); (20, 4) (16, 3) (20, 2)
(d20, n20) (16, 3); (20, 2); (18, 3); (20, 3); (20, 4) (16, 3) (20, 2) (18, 3)

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана методика конечно-элементного анализа железобетонных балок и плоских рам без предварительного напряжения арматуры. Предусмотрено введение многослойной схемы, обеспечивающей расчет деформируемого объекта с учетом физически нелинейного поведения бетона и арматуры, в том числе образования трещин в растянутом бетоне, и влияния продольных сил в стержнях на их изгибные деформации.

2. Выполненные экспериментальные исследования работы железобетонных балок показали, что предлагаемая многослойная схема позволяет с достаточно высокой точностью исследовать деформативность изгибаемых железобетонных конструкций.

3. Предложена методика оценки нагруженности несущих систем при запроектных воздействиях с учетом физически нелинейной работы материалов.

4. Разработан алгоритм оптимизации балочных и рамных железобетонных конструкций, изготовленных без предварительного напряжения арматуры, с использованием эволюционного моделирования. В качестве функции цели рассматривается плановая производственная себестоимость конструкции. Варьируются размеры поперечных сечений ригелей и стоек, числа и диаметры продольных арматурных стержней, классы бетона и арматуры. Учитываются ограничения по прочности, жесткости, трещиностойкости, устойчивости и живучести конструкций. Поиск осуществляется на дискретных множествах параметров, что соответствует практике реального проектирования железобетонных систем.

5. Результаты решения задач оптимизации железобетонных конструкций показали достаточно высокую стабильность и скорость сходимости представленной схемы эволюционного моделирования.

6. Разработанные методики расчета и оптимизации железобетонных конструкций использованы в ОАО «Стройсервис» и ООО «Брянск-Промбетон» (г. Брянск).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России для кандидатских диссертаций:

1. Серпик, И.Н. Генетический алгоритм оптимизации плоских железобетонных рам [Текст] / И.Н. Серпик, И.В. Мироненк

Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.