Оптимизация конструктивных элементов железобетонных корпусов судов внутреннего плавания

• Автор: Волков, Иван Владимирович
• Шифр специальности: 05.08.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 198 с. + Прил.( с. 200-286 )

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. НАПРАВЛЕНИЕ ОПТИМИЗАЦИИ КОНСТРУКЦИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО СУДОВОГО КОРПУСА
1Л Краткий обзор научных работ и основных этапов развития отрасли
1.2 Подходы к проектированию и выбор критерия оптимальности конструкции
1.3 Анализ составляющих себестоимости постройки корпуса
2. АНАЛИЗ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ
2.1 Сравнительный анализ методов расчета железобетонных плит.
2.1.1 Расчетные положения
2.1.2 Определение расчетных изгибающих моментов в сечениях плиты
2.1.3 Опенка прочности, деформативности и трещиностойкости.
2.2 Экспериментальное исследование прочности плит
2.2.1 Подготовка и проведение испытаний
2.2.2 Определение расчетных диаграмм деформирования материалов
2.3 Анализ результатов эксперимента, обоснование выбора расчетного метода для оптимизации конструкции корпуса
3. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ РЕБРИСТОГО КОРПУСА
3.1 Оптимизация параметров поперечного сечения железобетонного изгибаемого элемента из критериев минимума стоимости материалов и массы элемента
3.2 Оптимизация связей корпуса по армированию с учетом их работы на изгиб, растяжение и срез, а также проверки по раскрытию трещин
3.2.1 Армирование плит по условиям прочности
3.2.2 Армирование ребер по условиям прочности
3.2.3 Проверка армирования плит и ребер по раскрытию трещин..
3.3 Оптимизация конструкции ребристого корпуса по трудозатратам
4. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ПОЛУЧЕННЫХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОРПУСОВ СУДОВ
4.1 Реализация алгоритма подбора оптимальных характеристик поперечного сечения железобетонного изгибаемого элемента..
4.2 Разработка алгоритма и программы оптимизации ребристого корпуса
4.3 Предложения по уточнению и корректировке Правил Речного Регистра
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
После 30-50 лет эксплуатации, корпуса железобетонных судов, при надлежащем выполнении правил и норм при их строительстве и в процессе эксплуатации, находятся в хорошем состоянии. Поэтому в настоящее время широкое распространение получило направление переоборудования и модернизации находящихся в длительной эксплуатации плавучих сооружений на железобетонном корпусе. При этом перепланировка и отделка современными материалами или полная замена, по желанию заказчика, осуществляется только для верхнего строения. Железобетонный корпус, как правило, находится в хорошем состоянии, не требует ремонта и способен прослужить второй срок эксплуатации.
Таким образом, при сравнительно небольших затратах на модернизацию можно за короткий срок получить современный плавучий офис, гостиницу, ресторан и т.д. Однако данный ресурс не безграничен, и актуальной становится потребность в строительстве новых корпусов, требующих при проектировании учета потребности рынка и современной экономической ситуации.
В советский период, когда наиболее широкомасштабно велась разработка проектов железобетонных стоечных судов всех типов, стоимости материалов и трудозатрат практически не изменялись или находились в определенных, мало изменяемых соотношениях. Сейчас же, в условиях рыночной экономики, величины затрат, определяющие стоимость корпуса, таких как стоимость материалов и единицы рабочего времени, меняются чаще и в более широких пределах, и нахождение параметров конструкции, при которых её стоимость была бы наименьшей, т.е. решение задачи оптимизации, является весьма актуальной.
Цель диссертации заключается в разработке методики определения конструктивных параметров элементов корпуса, имеющего наименьшую строительную себестоимость.
Для осуществления заданной цели в работе решаются следующие задачи:

2.1.2.4 Расчет плиты в ПК "Лира"
Расчет плит в ПК "Лира" может быть реализован в нескольких вариантах в зависимости от принятых видов конечных элементов, расчетных схем и физических свойств материала.
По виду КЭ расчет может быть реализован с помощью модели плиты из плоских элементов оболочки, представленных в библиотеке КЭ программного комплекса в достаточно широком ассортименте, или же модели построенной из объемных элементов с возможностью задания распределенного армирования различных направлений. Физические свойства материала могут быть линейными, то есть подчиняющимися закону Гука или нелинейными, обусловленными некоторой зависимостью о-е, задаваемой по различным законам. Так же свойства могут быть различны по разным направлениям.
В качестве выходных параметров расчета плиты, смоделированной из оболочечных элементов из ряда интересующих нас, имеется возможность получить: изгибающие моменты силы различных направлений на элемент, средние нормальные и касательные напряжения в направлениях X и У, главные и эквивалентные напряжения трех слоев плиты по высоте (верхний, средний и нижний), а так же возможные узловые перемещения. Извлечь напряжения в арматуре при использовании оболочечных элементов "напрямую" возможности не имеется. Поэтому помимо расчета плиты по модели из оболочечных элементов она обсчитывается по модели из объемных элементов.
При расчете модели из оболочечных элементов принимается разбиение плиты на элементы размером в плане 0,025x0,025м. Учет физической нелинейности производится при принятии расчетных диаграмм для материалов о-е , описанных ниже в п.2.2.2. Так как усилия определяются для центров тяжести элементов, значения моментов опорных сечений находятся с учетом линейной экстраполяции. Нелинейные нагружения происходят по 20-ти одинаковым ступеням до максимальной нагрузки.
Изгибающие моменты в характерных сечениях плиты при давлении в 50 кПа составляют: