СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

К вопросу оптимизации узлов деревянных стержневых конструкций

УДК 624.072.2.011 Грязнов Михаил Витальевич

канд. техн. наук, доцент кафедры строительных конструкций Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых; e-mail: Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script ;

Лукина Анастасия Васильевна

ассистент кафедры Строительного производства Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых;

Бледных Екатерина Олеговна

студент 5-го курса специальности «Промышленное и гражданское строительство» Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

Статья получена: 21.11.2013. Рассмотрена: 02.12.2013. Одобрена: 14.12.2013. Опубликована онлайн: 31.03.2014© РИОР

Аннотация. Рассмотрены вопросы оптимизации узлов деревянных стержневых систем. Представлена классификация узлов и соединений деревянных конструкций. Рассмотрены также виды задачи оптимизации.

Ключевые слова: деревянные конструкции; надежность; оптимизация; узлы; экономичность.

Узлы и соединения деревянных стержневых конструкций существенно влияют на работу конструкций, на их характеристики, надежность и экономичность. Поэтому оптимизация узлов и соединений представляет несомненный интерес.

Рассмотрим эту задачу с достаточно общих позиций.

  • 1. Узлы и соединения деревянных конструкций можно классифицировать по ряду признаков:
    • — по статической работе (шарнирный, жесткий, упругоподатливый, пластично-податливый);
    • — по типу применяемых соединений;
    • — по месту выполнения (заводской, монтажный);
    • — по возможности разъема;
    • — по конструктивному виду (на врубках, нагелях, с дополнительными деталями, со специальными элементами, клеевые).
  • 2. Классифицируем узлы также по возможности их оптимизации:
    • — узлы, в которых оптимизируют размеры сопрягаемых элементов;
    • — узлы, для которых определяют оптимальные размеры специальной детали на концах соеди-

ON THE QUESTION OF THE OPTIMIZATION OF THE WOODEN ROD DESIGNS Michael Gryaznov

Ph.D. in Engineering, associate professor of Building Designs Department of Vladimir State University; e-mail: Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script ; Anastasia Lukina

assistant of Building Production Department of Vladimir State University;

Ekaterina Blednykh

5th course student of the specialty «Industrial and civil construction» of Vladimir State University

Manuscript received: 21.11.2013. Revised: 02.12.2013. Accepted:

14.12.2013. Published online: 31.03.2014 © RIOR Abstract. The problems of the optimization of the wooden rod systems is considered. The classification of nodes and connections wooden structures is given. The types of optimization problem are also considered.

Keywords: efficiency; optimization; reliability; units; wooden design.

12)

RIOR няемых элементов (толщина скобы, врезной фасонки и т.п.);

  • — узлы, для которых отыскивают оптимальные размеры дополнительных деталей (по критерию минимального расхода материала или трудозатрат);
  • — узлы, для которых оптимизируют дополнительные или специальные детали, обеспечивающие требуемый уровень жесткости.

Задачи оптимизации можно разделить на два вида.

Первый вид — совершенствование широко применяемых узлов с известной конструктивной формой.

Второй вид — задачи оптимизации.

Задачи первого вида не вызывают обычно трудностей при их формализации, но требуют анализа и выбора соответствующей расчетной модели узла (соединения), а также уточнения параметров конструкций в целом.

Задачи второго вида — оптимизация узлов новых конструктивных решений, для которых ставится задача их оптимизации и решения. Задачи второго вида встречают затруднения, поскольку относятся к случаю получения нового конструктивного решения или формы.

Оптимизация узлов деревянных конструкций может быть поставлена в форме математического программирования. Соответственно, критерии оптимизации могут быть различными: минимум расхода древесины, металла, наименьшая стоимость.

В качестве изменяемых параметров принимают: геометрические размеры сечений элементов (стержней), соединяемых в узле; геометрические и физические характеристики материала соединений (расчетное сопротивление деталей, число нагелей, шайб, длины накладок и др.); коэффициенты, определяющие геометрическую форму соединяемых основных элементов и соединяющих деталей. Очевидно, что ряд параметров соединений (узлов) дискретны: число нагелей и число их рядов, число вклеенных стержней и т.д.

Требования норм проектирования деревянных конструкций дают систему ограничений:

  • — по прочности узлов и элементов;
  • — по деформациям;
  • — конструктивные;
  • — параметрические, обусловленные сортаментом древесины.

Сформулированная целевая функция оптимизации приводит обычно к задаче нелинейного математического программирования.

Часть параметров, описывающих конструкцию и входящих в условия ограничений, явно не будет задана, и их определяют, только используя промежуточные алгоритмы (например, пересчет конструкции).

Процесс оптимизации узлов и соединений можно принять итерационным, содержащим два этапа.

Первый этап — оптимизация по схеме узел — соединение — элемент. При этом оптимизируют отдельные узлы, соединения и примыкающие элементы при фиксированных усилиях и ограничениях по прочности.

На втором этапе решают задачу оптимизации всей конструкции с учетом унификации, сортамента и фиксированной геометрической (конструктивной) формы узлов и соединений.

После проверки критериев поиск завершается (конец оптимизации) или осуществляют выход на начало следующей итерации.

Применение такого алгоритма обеспечит соединение задачи оптимизации узлов в составе оптимизации всей конструкции, если такая задача ставится.

В работе [1] выполнены расчет и оптимизация стержневых деревянных конструкций с учетом нелинейностей. Проведена оптимизация дощатых стрельчатых арок: рассматривалась оптимизация теоретического объема древесины на изготовление арки. Результаты оптимизации позволили определить зависимость проектного объема материала арки от стрелы подъема и от вида загружения. Проведенная оптимизация сквозной дощатой стропильной фермы показала, что при прочих равных условиях только коррекцией положения узлов фермы возможна экономия древесины 10—11%.

Одним из главных критериев оптимизации является оптимально выбранное конструктивное решение фермы в работе [2]: узловые соединения, реализованные посредством оптимальной разрезки материала, полученной по результатам расчета узловых соединений.

Оптимизация дощатой фермы на фанерных фа- сонках включает следующие основные этапы. На первом этапе оптимизации решают задачу определения номеров элементов поясов (сжатого и растянутого) в соответствии с сортаментом древесины, чтобы иметь минимум функции (по расходу древесины):

гдеЛ,—площадь поперечного сечения элемента, подбираемая по усилию Nf, lj — длина элемента.

При этом необходимо, чтобы выполнялись ограничения по прочности и устойчивости поясов и фа- сонок:

где Hf несущая способность пояса;

Nj— продольные силы в поясе;

Hyi — несущая способность фасонок;

Nyi — усилия в фасонках.

Конструктивные ограничения: ограничения по предельной гибкости:

Литература

[1] Яшкова Т.Н. Расчет и оптимизация стержневых деревянных конструкций с учетом нелинейностей: дис.... канд. техн. наук: 05.23.01. Владимир, 1999. 207 с.

[2] Грязнов М.В. Прочность и деформативность деревянных дисковых ферм: дис.... канд. техн. наук: 05.23.01. Владимир, 2006. 190 с.

Construction and Architecture (2014) Vol. 2. Issue 1 (2): 9—12

DOI 10.12737/3382

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >