Концепция разработки программ автоматизированного проектирования мостовых или иных инженерных сооружений по задаваемому критерию оптимальности

Полный текст

Введение 1 В настоящее время в проектных организациях Российской Федерации при проектировании мостовых сооружений для определения напряженно- деформированного состояния в их элементах от совместного воздействия собственного их веса и максимально возможного воздействия временной нагрузки широко используются расчетные комплексы, основанные на использовании метода конечных элементов: Sophistic, Midas, Nastran и другие. При создании расчетной модели для проектируемого сооружения размеры его элементов с их использованием ориентировочно задают вручную без возможности их последующего автоматизированного изменения при дальнейшем расчете. Получаемые в этих случаях при расчете усилия и деформации в элементах сооружения строго соответствуют заданным размерам, но заданные размеры сооружения могут не удовлетворять комплексу разнообразных требований: прочности, жесткости, местной или общей устойчивости, трещиностойкости и конструктивным требованиям. Это требует корректировки размеров сооружения методом последовательных приближений к необходимым минимально возможным размерам в ходе многошагового итерационного процесса вычислений с вновь автоматически задаваемыми размерами с целью обеспечения одновременного удовлетворения комплексу требований к размерам во всех элементах сооружения. Эффективный способ [1-4] определения момента одновременного удовлетворения комплексу требований во всех элементах мостовых сооружений с зависимыми размерами использовался по рекомендации доктора технических наук, профессора П.М Саламахина аспирантами в МАДИ при разработке пятнадцати программ автоматизированного проектирования разнообразных автодорожных мостовых сооружений [5-19] и в их научных публикациях [20-25]. Эти способы в настоящее время не используются в известных, продаваемых на мировом рынке расчетных комплексах Sophistic, Midas, Nastran и других, рекомендуемых для проектирования разнообразных мостовых сооружений, что при их использовании не обеспечивает получение проектных решений с одинаковой надежностью их элементов. Кроме того, этими расчетными комплексами, рекомендуемыми на мировом рынке в качестве программ проектирования мостовых сооружений, не предусматривается оптимизация численных значений независимых параметров сооружения, при которых сооружения удовлетворяют задаваемому критерию их оптимальности. Обычно проектируются мостовые сооружения с произвольно назначаемыми значениями их независимых параметров, что не способствует получению экономически целесообразных решений. Для того чтобы существующие расчетные комплексы могли быть использованы как эффективные программы автоматизированного проектирования экономически целесообразных конструктивных решений мостовых сооружений, их следует оснащать способами определения момента одновременного удовлетворения комплексу требований во всех элементах мостовых сооружений с зависимыми размерами и способом получения оптимальных комбинаций значений независимых параметров сооружения, соответствующих задаваемому критерию его оптимальности, что будет способствовать автоматизированному получению экономически целесообразных конструктивных решений. При анализе известных зарубежных работ [26-34] по автоматизации проектирования мостовых сооружений в работе [18] не выявлены эффективные способы оптимизации независимых параметров мостовых сооружений по задаваемому критерию оптимальности. Основы создания типовых программ автоматизированного проектирования мостовых и иных инженерных сооружений по задаваемому критерию их оптимальности 1. Разработку программы автоматизированного проектирования мостового или иного инженерного сооружения следует начинать с создания обобщенной конструктивной схемы сооружения определенного его класса в виде графической модели возможных конструктивных решений, относящихся к одному классу сооружений. Класс мостовых конструкций объединяет множество их конструктивных решений, имеющих одинаковую конструктивную форму, но различающихся размерами и параметрами. Обобщенная схема конструктивного решения моста определенного класса должна включать следующую информацию: возможные типы поперечных сечений пролетных строений, возможный тип решения элементов мостового полотна (одежда мостового полотна, перильное и защитное ограждения, деформационные швы). Рис. 1. Обобщенная конструктивная схема вантового моста [Figure 1. Generalized structural scheme of cable-stayed bridge] Рис. 2. Обобщенная конструктивная схема поперечного сечения пилонов вантового моста [Figure 2. Generalized structural scheme of cross-section of cable-stayed bridge pylons] Рис. 3. Обобщенная конструктивная схема поперечного сечения балки жесткости вантового моста [Figure 3. Generalized structural diagram of the cross-section of the cable-stayed bridge stiffness beam] Рис. 4. Обобщенная конструктивная схема блока ортотропной плиты проезжей части на балке жесткости вантового моста [Figure 4. Generalized structural diagram of the orthotropic slab of the carriageway block on the stiffness beam of the cable-stayed bridge] 2. На этапе разработки системы исходных данных необходимо определить полный перечень и содержание исходной информации, необходимой для проектирования моста, вписывающегося в принятую обобщенную конструктивную форму сооружения. В нее должны войти данные о требуемом габарите моста, о временных нагрузках, о материалах. 3. Определение перечня всех параметров и размеров сооружения, которые подлежат установлению и необходимы для выполнения чертежа проектируемого сооружения. При этом необходимо выделить среди них независимые размеры или параметры, так называемые переменные проектирования, и зависимые размеры, численные значения которых принимают единственное значение при заданной временной нагрузке и установленных значениях независимых параметров. Отличительной особенностью зависимых размеров является то, что для нахождения каждого из них имеется вполне определенное условие прочности или комплекс условий (прочности, жесткости, местной или общей устойчивости, конструктивные требования). Примеры зависимых размеров: толщина листа настила проезжей части зависит от расстояния между продольными балками, толщины стенок продольных и поперечных ребер проезжей части, стенок и размеров поясов поперечных и главных балок, зависящих от их высот. Отличительной особенностью независимых параметров и размеров является то, что оптимальные их значения могут быть определены по общему для всех их условию: комплекс их значений должен обеспечить получение сооружения, удовлетворяющего критерию оптимальности. Примерами независимых параметров и размеров сооружения являются: количество главных балок в поперечном сечении пролетного строения, расстояния между продольными и поперечными балками проезжей части, высоты главных и поперечных балок в сооружении. При принятой системе независимых параметров поиск их оптимальных значений можно произвести с помощью организации циклов по изменению их численных значений, с тем чтобы найти такую комбинацию их значений, при которой, например, суммарная стоимость сооружения будет минимальной. 4. Определение перечня данных о результатах проектирования и способа их выдачи компьютером. К этому перечню обычно относят размеры всех элементов сооружения, данные о напряженнодеформированном состоянии всех элементов сооружения, технико-экономические показатели элементов и сооружения в целом. 5. Разработка блок схемы программы автоматизированного проектирования сооружения и самой программы с использованием предлагаемой в п. 6 типовой блок-схемы и учетом особенностей конструктивной формы проектируемого сооружения. 6. Типовая блок-схема программ автоматизированного проектирования мостовых или иных инженерных сооружений (см. 6.1-6.17). Заключение Авторы считают, что предлагаемая блок-схема программ автоматизированного проектирования мостовых и иных инженерных сооружений может и должна быть использована в качестве образца при разработке программ автоматизированного проектирования сооружений с различными обобщенными конструктивными схемами по задаваемому критерию оптимальности. Детализация блоков 6.6-6.8 предложенной блоксхемы должна производиться разработчиками программ с учетом особенностей обобщенной конструктивной схемы проектируемого сооружения. Целью этой работы является стремление авторов создать основы концепции автоматизированного проектирования мостовых и иных инженерных сооружений по задаваемому критерию их оптимальности, последующее использование которой позволит проектировать экономически целесообразные мостовые и иные инженерные сооружения.

Об авторах

Павел Михайлович Саламахин

Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: pavel-salamahin@mail.ru
SPIN-код: 2596-3649

ведущий научный сотрудник, доктор технических наук, профессор, академик РАТ

Российская Федерация, 125319, Москва, Ленинградский пр-т, 64

Антон Дмитриевич Часовников

Научно-исследовательский институт мостов и гидротехнических сооружений

Email: pavel-salamahin@mail.ru

ведущий инженер отдела обследования и испытаний мостов

Российская Федерация, 129329, Москва, Игарский пр-д, д. 2, стр. 1

Список литературы