Оптимизация пространственных стальных рам повышенного уровня ответственности

摘要

An algorithm of optimal design of spatial steel frames of buildings and structures is proposed with due regard for ensuring the survivability of a bearing system under possible beyond-design impacts, which lead to local destructions. The objective is to minimize the cost of the frame bar material with due regard for limitations in strength, rigidity and stability under normal service conditions of the facility, as well as to avoid major changes in the geometry of the structure in the event of an instantaneous occurrence of certain damages of bars. The technique is elaborated for the application to welded Tshaped cross-sections. Options of bar cross-sections are regarded as design parameters. The search algorithm is based on evolutionary modeling. Preliminary estimates of a dynamic coefficient are provided for each accounted beyond-design impact on the base structure. At this point, calculations of a damageable system in dynamic and static performances are carried out. The analysis of the facility dynamic behavior is made in the physically and geometrically nonlinear formulation using the flow theory. Calculations without regard to time factor are carried out within the deformation plasticity theory with consideration of the influence of axial forces on bars bending. The obtained dynamic coefficients are taken into account in the course of the structural optimization. The efficiency of the proposed method is illustrated by the example of optimal designing of the spatial frame structure with due regard for the possibility of an instant removal of supports for any of its columns along the perimeter of the facility.%Преgложен алгоримм опмимального проекмирования просмрансмвенных смальных рам каркасов зgаний и сооружений с учемом обеспечения живучесми несущей сисмемы при возможных запроекмных возgейсмвиях, привоgящих к локальным разрушениям. Посмавлена заgача минимизации смоимосми мамериала смержней рамы с учемом ограничений по прочносми, жесмкосми и усмойчивосми в условиях нормальной эксплуамации объекма, а макже неgопущения больших изменений геомемрии консмрукции в случае мгновенного возникновения омgельных поврежgений смержней. Мемоgика омрабомана применимельно к сварным gвумавровым профилям. В качесмве парамемров проекмирования рассмамриваюмся варианмы поперечных сечений смержней. Алгоримм поиска посмроен на основе эволюционного моgелирования. Преgусмомрена преgваримельная оценка gинамического коэффициенма gля кажgого учимываемого запроекмного возgейсмвия на базовую консмрукцию. При эмом расчемы поврежgаемой сисмемы выполнены в gинамической и смамической посмановках. Анализ gинамического повеgения объекма осущесмвляемся в геомемрически и физически нелинейной посмановке с применением меории мечения. Расчемы без рассмомрения факмора времени выполняюмся в рамках gеформационной меории пласмичносми с учемом влияния проgольных сил на изгиб смержней. Полученные gинамические коэффициенмы принимаюмся во внимание в процессе опмимизации консмрукции. Рабомоспособносмь преgлагаемой мемоgики проиллюсмрирована на примере опмимального проекмирования просмрансмвенной рамной консмрукции с учемом возможносми мгновенного уgаления опор gля любой из ее колонн по перимемру объекма.