Автоматизированное проектирование разрезных железобетонных пролетных строений с ненапрягаемой арматурой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.11, кандидат технических наук Ле Мань Хан

• Ле Мань Хан
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ле Мань Хан

Глава 1. 1.1. 1.2.

Глава 2.

Глава 3.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизированное проектирование разрезных железобетонных пролетных строений с ненапрягаемой арматурой»

Состояние рассматриваемой проблемы и задачи исследования

Краткая характеристика сети дорог и рек во Вьетнаме

Краткая характеристика мостовых сооружений на автомобильных дорогах Вьетнама Краткая характеристика технологии проектирования и строительства мостовых сооружений во Вьетнаме Состояние автоматизации и оптимизации мостовых сооружений

Концепция автоматизированного проектирования мостовых сооружений профессора Саламахина П.М. Цели и задачи диссертации

Обобщенные конструктивные формы разрезных плитных и ребристых пролетных строений железобетонных мостов с ненапрягаемой арматурой и принятая методика их расчета и конструирования

Обобщенные конструктивные формы плитных и ребристых пролетных строений с ненапрягаемой арматурой Принятая методика расчета плитных и ребристых пролетных строений с ненапрягаемой арматурой при их автоматизированном проектировании

Принятая методика конструирования плитных и ребристых пролетных строений в поперечном и продольном направлениях

Разработка программ автоматизированного проектирования разрезных плитных и ребристых железобетонных пролетных строений с ненапрягаемой арматурой

Блок-схемы разработанных программ автоматизации проектирования, выбор целевой функции Определение перечня исходных данных к программам автоматизации проектирования пролетных строений и информации о результатах их проектирования

3 7 7 1 1 15 17

22 29

31

31 36

54

57

57

3.3. Алгоритм вычисления расчетных силовых факторов в плите 71 пролетных строений ^ Алгоритм программы автоматизированного проектирования 75 плиты проезжей части ребристых пролетных строений

3.5. Алгоритм вычисления расчетных силовых факторов в балках 78 ребристых пролетных строений

3.6. Алгоритм конструирования плитных и ребристых пролетных 82 строений в продольном и поперечном направлениях 3.7. Алгоритм определения технико-экономических показателей 87 конструктивных решений плитных и ребристых пролетных строений и выбора их рациональных вариантов Глава 4. Алгоритм определения технико-экономических показателей конструктивных решений плитных и 92 ребристых пролетных строений и выбора их рациональных вариантов

4.1. Отладка программ автоматизированного проектирования и 92 их тестирование

4.2. Оптимизация высоты плиты в разрезных плитных железобетонных пролетных строениях при различных их 97 пролетах и габаритах

4.3. Оптимизация высоты и количества балок в разрезных ребристых железобетонных пролетных строениях при 101 различных их пролетах и габаритах

4.4. Исследование влияния марок бетона и класса арматурных сталей на экономические показатели пролетных строений 108

4.5. Исследование влияния класса нормативной временной нагрузки на экономические показатели пролетных строений 119

4.6 Выводы и рекомендации

124

Заключение. 128

Литература . 131

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В настоящее время во Вьетнаме развертываются работы по строительству новых и совершенствованию существующих автомобильных дорог на Юге Вьетнама, который пересекается довольно густой сетью малых рек. Их преодоление требует строительства большого числа мостов небольших пролетов. Наиболее целесообразными мостовыми сооружениями для решения этих задач являются железобетонные пролетные строения с ненапрягаемой арматурой. Массовое их строительство требует большого объема проектных работ с обоснованием рациональных и экономичных их конструктивных решений, удовлетворяющих требованиям прочности, жесткости и трещиностойкости. В связи с этим важно еще на стадии вариантного проектирования определять их оптимальную по стоимости конструкцию, что можно сделать успешно только с применением персонального компьютера (ПК).

Настоящая диссертация является частью цикла актуальных научно-исследовательских работ, выполняемых на кафедре мостов и транспортных тоннелей МАДИ, посвященных автоматизации проектирования и оптимизации различных мостовых конструкций. Она посвящена проектированию с применением ПК разрезных плитных и ребристых железобетонных пролетных строений автодорожных мостов с ненапрягаемой арматурой.

Цель работы:

Разработка для использования во Вьетнаме методики и программы автоматизированного проектирования разрезных плитных и ребристых железобетонных пролетных строений с ненапрягаемой арматурой по критерию минимума стоимости с целью повышения производительности труда проектировщиков, качества проектной документации и сокращения срока проектирования.

Задачи работы:

1. Разработать обобщенные конструктивные схемы плитных и ребристых железобетонных пролетных строений с ненапрягаемой арматурой, учитывающих все основные конструктивные требования действующих норм проектирования (СНиП 2.05.03-84*).

2. Разработать алгоритмы программ автоматизированного проектирования и оптимизации плитных и ребристых железобетонных пролетных строений с ненапрягаемой арматурой по критерию минимальной стоимости с учетом основных конструктивных и расчетных требований СНиП 2.05.03-84*.

3. На основании результатов по п.1 и 2 разработать программы автоматизированного проектирования и оптимизации разрезных плитных и ребристых железобетонных пролетных строений автодорожных мостов с не напрягаемой арматурой, которые могут быть использованы в практике вариантного проектирования.

4. С помощью разработанных программ автоматизированного проектирования выполнить исследование влияния основных параметров разрезных пролетных строений автодорожных мостов с ненапрягаемой арматурой на значение целевой функции.

5.Разработать рекомендации по рациональным конструктивным решениям разрезных плитных и ребристых железобетонных пролетных строений с ненапрягаемой арматурой для условий Вьетнама.

Объект исследования: Разрезные железобетонные плитные и ребристые пролетные строения автодорожных мостов с ненапрягаемой арматурой.

Метод исследования: в основном, теоретический с использованием обычного математического аппарата. Проведены численные экспериментальные исследования на ПК для выработки рекомендаций по оптимальным параметрам пролетных строений разрезных плитных и ребристых железобетонных пролетных строений автодорожных мостов с ненапрягаемой арматурой и рекомендаций по использованию программы для решения практических задач проектирования.

Научная новизна и значимость работы заключается в следующем:

- впервые для применения во Вьетнаме разработаны алгоритмы программ автоматизированного проектирования разрезных плитных и ребристых железобетонных пролетных строений автодорожных мостов с ненапрягаемой арматурой с оптимизацией проектного решения по минимуму стоимости и массы;

- впервые получены оптимальные по стоимости параметры разрезных плитных и ребристых железобетонных пролетных строений автодорожных мостов с ненапрягаемой арматурой и установлены закономерности изменения целевой функции от значения независимых параметров.

Достоверность и обоснованность полученных результатов исследования определяется корректностью поставленных задач, обоснованностью всех принятых этапов расчета и конструирования, использованием апробированных методов расчета и конструирования, а также подтверждена сравнением полученных результатов с известными данными реального проектирования аналогичных пролетных строений.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

- Разработанные программы позволяют определять оптимальные параметры плитных и ребристых разрезных железобетонных пролетных строений автодорожных мостов с ненапрягаемой арматурой по критерию их минимальной стоимости.

- Эффективность работы определяется возможностью резкого повышения производительности труда проектировщиков за счет использования современной вычислительной техники в режиме тесного общения специалиста и ПК.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Алгоритмы программ автоматизированного проектирования и оптимизации плитных и ребристых железобетонных пролетных строений с ненапрягаемой арматурой по критерию минимальной стоимости с учетом основных конструктивных и расчетных требований СНиП 2.05.03-84*.

2. Программы автоматизированного проектирования и оптимизации разрезных плитных и ребристых железобетонных пролетных строений автодорожных мостов с ненапрягаемой арматурой.

3. Результаты исследование влияния основных параметров разрезных плитных и ребристых пролетных строений автодорожных мостов с ненапрягаемой арматурой на значение целевой функции.

4. Рекомендации по рациональным конструктивным решениям разрезных железобетонных пролетных строений с ненапрягаемой арматурой для условий Вьетнама.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы опубликованы в 3 статьях, доложены и одобрены на ежегодных в 2010-2011 г научно-технических конференциях московского авгомобильно-дорожного государственного технического университета и на международной научно-практической конференции « Инженерные системы» - 2011 Москва Апрель 2011.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 136 страницах машинописного текста и включает в себя введение, четыре главы, заключение, 55 рисунков, 4 таблиц, список литературы из 67 наименований.

Заключение диссертации по теме «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей», Ле Мань Хан

4.6. Выводы и рекомендации

1. Разработанная программа проектирования разрезных железобетонных пролетных строений с ненапрягаемой арматурой по исходным данным. Задачи проектирования обеспечивает проектирование рациональной их компоновки, включающей установление высоты ребристых и плитных пролетных строений, количества и размеров поперечных сечений балок в поперечном сечении пролетного строения,, армирования балок и плит ненапрягаемой арматурой, высоты плиты проезжей части и её армирования ненапрягаемой арматурой, по минимуму стоимости материалов пролетных строений с удовлетворением условий их прочности, жесткости и трещиностойкости.

2. Разработанная в диссертации программа использована как инструмент для разработки рекомендаций по назначению оптимальных значений независимых параметров по критерию минимальной стоимости материалов пролетных строений и для исследования влияния независимых параметров на экономические характеристики пролетных строений.

При этом:

Разработаны рекомендации по назначению оптимальных по критерию стоимости высоты плитных пролетных строений от величины их пролета в диапазоне от 3 до 15 м для мостов, предназначенных для пропуска двух и четырех колонн транспортных средств.

Разработаны рекомендации по назначению оптимальных по критерию стоимости количества и высоты ребристых пролетных строений от величины их пролета в диапазоне от 9 до 21 м для мостов, предназначенных для пропуска двух и четырех колонн транспортных средств.

Установлено, что с увеличением высоты балок стоимость бетона возрастает, а стоимость требуемой ненапрягаемой арматуры уменьшается, решающую роль играет стоимость бетона. Оптимальная высота балок, соответствующая минимуму суммы их стоимости не удовлетворяет условию жесткости пролетного строения. В качестве оптимальных приняты минимальные из высот, которые удовлетворяют условию жесткости.

Получены зависимости стоимости плитных пролетных строений от применяемых классов прочности бетона для габарита Г-7+2х1м. Установлено, что для всех рассмотренных пролетов оптимальным классом прочности бетона по минимальной стоимости является бетон класса прочности ВЗО.

Получены зависимости стоимости ребристых пролетных строений от применяемых классов прочности бетона для габарита Г-8+2х1.5м. Установлено, что для всех рассмотренных пролетов оптимальным классом прочности бетона по минимальной стоимости является бетон класса прочности В40.

Применение более прочных бетонов и сталей обеспечивает существенного уменьшения толщины плиты проезжей части. Получены зависимости стоимости плитных пролетных строений от применяемых классов прочности ненапрягаемой арматуры. Установлено, что оптимальным классом арматурных сталей по минимальной стоимости пролетного строения является АН.

Получены зависимости стоимости ребристых пролетных строений от применяемых классов прочности ненапрягаемой арматуры. Установлено, что оптимальным классом арматурных сталей по минимальной стоимости пролетного строения является AIII.

Получены зависимости стоимости пролетных строений от класса используемой временной нагрузки. Установлено, что с возрастанием класса нагрузки от АК-8 до АК-14 стоимость пролетных строений увеличилась на 5% - 7.2% для ребристых и на 4.51% - 5.4% для плитных пролетных строений. Незначительное увеличение стоимости пролетных строений, спроектированных на нагрузку более высокой интенсивности объясняется тем, что при проектировании пролетного строения с принятой величиной пролета размеры поперечных сечений определяются в основном только конструктивными и технологическими требованиями.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ле Мань Хан, 2011 год

1. Рвачев Ю.А., Бакиров P.O. Универсальная программа проектирования клееных блочных изгибаемых элементов из разнородных материалов с помощью ЭЦВМ // Урал - 2. Москва, ВИА, 1963.

2. Саламахин П.М. Программа машинного проектирования пролетных строений военных мостов со сплошными главными балками // Москва, ВИА, 1970.

3. Купцов Е.К., Рвачев Ю.А., Виницкий Г.И., Амельченко В.М. Автоматизация проектирования мостовых переходов // Автомобильные дороги, 1978, № 12, с. 18.

4. Рвачев Ю.А., Иванов В.Н., Баулина B.JI и др. Автоматическоепроектирование пролетных строений // Автомобильные дороги, 1975, № 11, с. 19.

5. Бирман И.Я. Оптимальное программирование // М., Экономика, 1968. 232 с.

6. Поливанов Н.И. Проектирование и расчет железобетонных и металлических автодорожных мостов // М., Транспорт, 1970. 516 с.

7. Программа машинного проектирования бездиафрагменных пролетных строений из обычного железобетона // Руководство по использованию. М., изд. Гипродорнии, 1977. 168с.

8. Рвачев Ю.А. Автоматизированное проектирование мостов с типовыми пролетными строениями и опорами // М., 1978.

9. Сергеев Н.Д., Болгатырев А.И. Проблемы оптимального проектирования конструкций. Л., Стройиздат, 1971. 136 с.

10. Ю.Улицкий Б.Е., Егорушкин Ю. М., Ермолов В.А. Автоматизацияпроектирования плитно-балочных разрезных мостов // М., Транспорт, 1976. 128 с.

11. П.Федотов Г.А. Расчеты мостовых переходов с применением ЭЦВМ. М., Транспорт, 1977. 208 с.

12. Власов Г.М., Устинов В.П. Расчет железобетонных мостов // М., Транспорт, 1992. 256 с.

13. Виноградов А.И. Вопросы расчета сооружений наименьшего веса, Тр.ХИИТ.-М:Трансжелдориздат, 1955, вып.25.с. 176

14. Городецкий А.С, Зоворицкий В.И., Рассказов А.О., Лантух-Лященко А.И., Метод конечных элементов в проектировании транспортных сооружений,М.: Транспорт, 1981.

15. Казакевич М.И., Аэродинамика мостов, М.: Транспорт, 1987, с.240.

16. Притыкин И.А Программирование расчетов конструкций методом конечных элементов,Калининград, 1991, с.352

17. Даниэлов Э.Р. Исследование вопросов проетирования оптимальных стержневых систем с учетом требований жесткости. Автореф. Канд. Дисс. Новочеркасский полит. Ин-т. Новочеркасск, 1970.С.22

18. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование.-М.:Мир.1975, с.534.

19. Почтман Ю.М., Филатов Г.В. Оптимизация формы поперечных сечений элементов конструкций методом случайного поиска, Строительная механика и расчет сооружений, 1971, № 4,с. 23. .25.

20. Саламахин П.М. Программа машинного проектирования пролетных строений военных мостов. М.Изд. ВИА. 1970. 204с.

21. Саламахин П.М. Метод обобщения закономерностей веса несущих конструкций. Изд. ВИА. М. 1977. 106с.

22. Рвачев Ю.А. Машинное проектирование автодорожных мостов. М.: Транспорт, 1983. 256с.

23. Александрова Т. А. Оптимальное проектирование сталежелезобетонных балочных пролетных строений по критерию заводской стоимости. Дис. к.т.н. Омск: СИБАДИ, 1988.

24. Дейнека A.B. Оптимальное проектирование балочно-вантовых пролетных строений автодорожных мостов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Омск. СИБАДИ. 1994г.

25. Бугаев В.Я. Об оптимальном проектировании вантовых мостов с балками жесткости по деформированной схеме. Дороги и мосты. Тр. ЛИСИ. Л., 1973. Вып.84. - С.9.19.

26. Бондарь Н.Г., Вопросы статической и динамической работы мостов, Днепропетровск: ДИИТ, 1990, с.88.

27. Боханова СВ., Научно-технический отчет по результатам обследования и приемочных испытаний автодорожного моста через реку Неву в составе первой очереди КАД в г.Санкт-Петербург, Часть 1, М.: ОАО ЦНИИС , 2005.

28. Александрова Т. А. Оптимальное проектирование сталежелезобетонных балочных пролетных строений по критерию заводской стоимости. Дис. к.т.н. Омск: СИБАДИ, 1988.

29. Долидзе Д.Е., Испытание конструкций и сооружений, М.: Высшая школа, 1975.

30. Смирнов В.А., Висячие мосты больших пролетов, М.: Высшая школа, 1970, с.408.

31. Саламахин П.М., Воля О.В. и др. Мосты и сооружения на дорогах, час.1 2. Москва. Транспорт. 1991.

32. Джха Виджай Кумар. Разработка методики и программы машинного проектирования ортотропных плит проезжей части автодорожных мостов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. МАДИ. 1997г.

33. Новодзинский А.Л. Совершенствование методики автоматизированного проектирования ортотропных плит проезжей части автодорожных мостов. Дис. к.т.н. МАДИ. 2001г. 166с.

34. Ле Тху Хыонг. Оптимизация параметров пролетных строений висячих мостов при их проектировании с применением ПК. Дис. к.т.н. МАДИ. 1999г. 134с.

35. Саламахин П.М., Ализаде Ш., Оптимизация независимых параметров двухпилонного вантового моста, М.: МАДИ, 2003.

36. Нгуен Нам Ха. Автоматизация проектирования и оптимизация сталежелезобетонных пролетных строений автодорожных мостов. Дис.133к.т.н. МАДИ. 2007г.

37. Нгуен Тхак Куанг. Совершенствование программы автоматизированного проектирования двухпилонных металлических вантовых мостов. Дис. к.т.н. МАДИ. 2007г.

38. Саламахин П.М. Метод обобщения закономерностей веса несущих конструкций. Изд. ВИА. М. 1977.106с.

39. Саламахин П.М., Проблемы и концепция автоматизации проектирования и оптимизации конструкции мостов.// Транспортное строительство. 2004. - № 4. -С.20 —23.

40. Бычковский H.H., Пименов СИ., Железобетонные мосты, Саратов: СГТУ, 2006.

41. Долидзе Д.Е., Испытание конструкций и сооружений, М.: Высшая школа, 1975.

42. Матвеев A.B., Некоторые вопросы создания специализированного программного комплекса для анализа мостовых конструкций, М: МИИТ, Вестник МИИТа, №7, 2002.

43. Саламахин П.М., Проектирование мостовых и строительных конструкций: учебное пособие / М.: КНОРУС, 2011. - 408 с.

44. Автоматизация расчетов транспортных сооружений./А.С. Городецкий , В.И. Заворицкий , А.И. Лантух -Лященко, А.О. Рассказов. М.: Транспорт, 1989.-232с.

45. Геммерлинг A.B. О методах оптимизации конструкций. Строительная механика и расчет сооружений.,1971.-№2-с.20.22.

46. Горынин Л.Г., Тарадов Е.Л. Оптимальное проектирование конструкций.-Омск.СибАДИ. 1979.-80с.

47. Даниэлов Э.Р. Исследование вопросов проектирования оптимальных стержневых систем с учетом требований жесткости. Автореф. Канд. Дисс. Новочеркасский полит. Ин-т. Новочеркасск, 1970.С.22

48. Почтман Ю.М., Филатов Г.В. Оптимизация формы поперечных сечений элементов конструкций методом случайного поиска, Строительная механика и расчет сооружений, 1971, № 4,с. 23. .25.

49. Прагер В. Основы теории оптимального проектирования конструкций.-М. :Мир. 1977.-107с.

50. Рейтман М.И., Шапиро Г.С. Методы оптимального проектирования деформируемых тел.-М.:Наука, 1976.-266с.

51. Рожванн Д. Оптимальное проектирование изгибаемых систем.-М.:Мир, 1980.-315с.

52. Сливкер В.И., Динамический расчет пролетного строения,С-Пб.: Институт Гипростроймост-Санкт-Петербург, 2001.

53. Сливкер В.И., Перельмутер A.B., Расчётные модели сооружений и возможности их анализа, С-Пб.: Темп, 2002.

54. Смирнов А.Ф., Александров A.B., Шапошников H.H., Лащенков Б.Я. Расчет сооружений с применением вычислительных машин.-Стройиздат, 1954.

55. Трофимович В.В., Онисин С.С. Оптимальное проектирование плоских и пространственных стержневых конструкций. Транспортное строительство.-1980.№ 1 .с.48,.,49.

56. Уманский A.A., Справочник проектировщика, Книга 2, М.:Стройиздат, 1973.

57. Шапошников H.H. Строительная механика транспортных сооружений. Расчет стержневых систем с использованием ЭВМ. Учебное пособие. Москва. 1983.с.79

58. ГОСТ 27751-88 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету».5 9. Лучшие инженерные сооружения мира прошедшего десятилетия, Мостостроение мира, №1-2,2001.

59. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов, М: МЭР, 2002.

60. Проблемы повышения эстетического уровня современных мостовых сооружений, Вестник мостостроения, №3-4, 1998.

61. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы /Госстрой России, М.: ГУП ЦПП, 1998.

62. СНиП 3.06.07-86. Мосты и трубы. Правила обследований ииспытаний/Госстрой СССР, М.: Госстрой СССР , 1988.

63. СНиП 3.06.04-91. Мосты и трубы. Правила производства работ/ Госстрой СССР, М.:АППЦИТП, 1992.

64. СН 509-78 Инструкция по определению экономической эффективности в строительстве новой техники. .

65. Goble G.G., Desantis Ph. V. Optimum design of mixed steel composite girders. Proc. of the ASCE, Journ. of the Stuct. Div. vol. 92, 1966, No. 6.

66. Razani R., Goble G. Optimum design of constant depth plate girders. Proc. ASCE, vol. 92, No. ST2, Apr. 1966.it