Оптимальное проектирование конструкций вантовых пролетных строений пешеходных мостов на основе многокритериального подхода

• Автор: Козьмин, Николай Андреевич
• Шифр специальности: 05.23.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 186 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ ВАНТОВЫХ ПЕШЕХОДНЫХ МОСТОВ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
1.1 Краткий обзор применения современных конструкций для пешеходных мостов
1.2 Постановка задачи многокритериальной оптимизации при проектировании мостов
1.3 Проблемы статического и динамического расчета конструкций мостов
при решении задач оптимизации
Выводы по главе
2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ВАНТОВОГО ПЕШЕХОДНОГО ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ
2.1 Объект оптимизации
2.2 Оптимизируемые параметры
2.2.1 Внешние параметры (генеральные размеры)
2.2.2 Внутренние геометрические параметры
2.2.3 Внутренние силовые параметры
2.3 Система ограничений
2.4 Критерии оптимизации
Выводы по главе
3 СТАТИЧЕСКИЙ И ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ С УЧЕТОМ СТАДИЙНОСТИ МОНТАЖА И РЕГУЛИРОВАНИЯ УСИЛИЙ
3.1 Статический расчет пролетного строения
3.1.1 Расчет вантовой конструкции на эксплуатационные нагрузки методом конечных элементов
3.1.2 Определение НДС монтажных элементов
3.1.3 Определение НДС от регулирования усилий
3.1.4 Определение НДС от снятия с временных опор
3.1.5 Определение усилия первичного натяжения опорной ванты
3.2 Динамический расчет пролетного строения
3.3 Верификация программной реализации статического и динамического
расчетов
Выводы по главе
4 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ВАНТОВЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ ПЕШЕХОДНЫХ МОСТОВ
4.1 Разделение параметров в исходной условно экстремальной задаче

4.2 Алгоритмы поиска внешних параметров (генеральных размеров)
4.3 Алгоритм поиска внутренних геометрических параметров (ПВГП)
4.4 Алгоритм поиска внутренних силовых параметров (ПВСП)
4.5 Программное обеспечение
4.5.1 Ввод исходных данных
4.5.2 Результаты расчета
Выводы по главе
5 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИКИ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ В РЕАЛЬНЫХ ЗАДАЧАХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ВАНТОВЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ ПЕШЕХОДНЫХ МОСТОВ
5.1 Оптимизация пролетного строения с приоритетом экономикотехнологических показателей
5.2 Оптимизация пролетного строения с приоритетом динамической комфортности пешеходов
5.3 Оптимизация пролетного строения с понижением требований к его
жесткости
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Библиографический список
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В современных условиях развития уличнодорожных сетей, для которых характерна большая ширина магистралей, при строительстве пешеходных путепроводов в целях повышения безопасности участников дорожного движения, требуется перекрывать пролеты более 30-35 м. При этом пролетные строения должны соответствовать требованиям по экономичности и архитектурной выразительности. Не менее важна технологичность строительства сооружения. Процесс монтажа путепровода должен быть минимальным по времени, ведь перекрытие магистральной "артерии" города способно вызвать значительные проблемы.
В современной практике строительства пешеходных мостов достаточно распространенными являются вантовые конструкции пролетных строений, для которых во многих случаях сочетание показателей экономичности, архитектурной выразительности и удобства монтажа в условиях ограничений во времени и пространстве является наиболее предпочтительным.
Комплекс современных требований к качеству инженерных сооружений фактически требует учета многих критериев при их проектировании, что делает актуальной задачу многокритериальной оптимизации.
Особенностью проектирования вантовой пешеходной мостовой конструкции является не только обеспечение ее наименьшей стоимости и наибольшего удобства возведения, но и улучшение ее способности противостоять динамическим воздействиям от пешеходной нагрузки, что расширяет общее число рассматриваемых критериев качества.
В этой связи настоящая работа посвящена актуальной теме - оптимальному проектированию конструкций вантовых пролетных строений пешеходных мостов на основе многокритериального подхода.
Степень разработанности проблемы. Развитие теории оптимального проектирования конструкций (ОПК) обусловлено потребностью создания наилучших по некоторым критериям качества инженерных сооружений, которые
использованы два критерия поиска: материалоемкость основной (балки) и вспомогательной (шпренгеля) конструкций.
Обозначенным схемам компромисса в значительной степени свойственен элемент субъективности при определении проектировщиком степени предпочтения критериев, а также величин весовых коэффициентов, допустимых уступок и т.д.
В связи с необходимостью решать многомерные задачи оптимизации, в основном, в аэрокосмической области, в 70-х годах И.М. Соболем было предложено использовать развитый им новый метод генерации последовательностей случайных точек для исследования многомерного пространства параметров (ЛПт-последовательностей), равномерное распределение которых асимптотически оптимально. Совместно с Р.Б. Статниковым им был предложен на этой основе метод многокритериальной оптимизации, известный как метод исследования пространства параметров (ИГ 111) [113], получивший широкое распространение в разнообразных отраслях промышленности. Особенностью этого метода является возможность проведения проектировщиком численного исследования пространства параметров, а также получения результата не в виде единственного решения, а в виде Парето-множества (множества неулучшаемых точек).
Одним из примеров решения задачи оптимального проектирования конструкций с применением метода ИПП является задача оптимизации висячих комбинированных систем повышенной жесткости, решенная в работе Бузало H.A. [22]. В качестве оптимизируемых параметров этой задачи были приняты: стрела провисания несущего кабеля, изгибная жесткость балки, высота сечения балки, осевые жесткости кабеля и подвесок, высота пилона. Критериями качества выступили масса балки жесткости, масса несущего кабеля, масса подвесок и наибольший прогиб балки жесткости. В дальнейшем эта методика была развита и расширена в работе Платоновой И.Д. [88].
М. Эльтантави Авадом метод ИПП был применен при разработке системы автоматизированного проектирования и оптимизации стальной ортотропной