Василькин А.А.

УДК 624.014.2-047.56:004

ВАСИЛЬКИН АНДРЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ, канд. техн. наук, доцент,

vergiz@mail.ru

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет,

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26

ОПТИМИЗАЦИЯ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ САПР*

Проведены исследования по возможности использования вычислительного алгоритма для синтеза проектных решений стальных конструкций. Показано влияние пролета фермы и действующей нагрузки на оптимальную высоту и минимальную массу фермы. Получены графики, иллюстрирующие изменение массы и стоимости конструкции. Определена зависимость стоимости конструкции от класса стали и типа сечения. Разработанный алгоритм формирует информационную технологию автоматизированного проектирования поддержки поиска проектных решений при проектировании стальных конструкций промышленных сооружений и интегрирован как подсистема автоматизированного проектирования.

Ключевые слова: автоматизированное проектирование стальных конструкций; оптимальное решение; критерий оптимальности.

* Работа выполнена в рамках гранта государственной поддержки научных исследований, проводимых ведущими научными школами Российской Федерации № 14.Z57.14.6545-НШ.

Библиографический список

  1. Геммерлинг, Г.А. Подсистема оптимизации конструкций в САПР / Г.А. Геммерлинг // Система автоматизированного проектирования стальных строительных конструкций. – М. : Стройиздат, 1987. – 216 с.
  2. Турчак, Л.И. Основы численных методов / Л.И. Турчак. – М. : Наука, 1987. – С. 169–204.
  3. Кирсанов, М.Н. Статический расчет и анализ пространственной стержневой системы / М.Н. Кирсанов // Инженерно-строительный журнал. – 2011. – № 6. – С. 26–34.
  4. Барановская, Л.В. Использование метода проекций градиента при оптимальном проектировании металлоконструкций тяжелых козловых кранов / Л.В. Барановская // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2010. – № 1. – Т. 1. – С. 24–27.
  5. Кирсанов, М.Н. Генетический алгоритм оптимизации стержневых систем / М.Н. Кирсанов // Строительная механика и расчет сооружений. – 2010. – № 2. – С. 60–63.
  6. Гладков, В.А. Генетические алгоритмы / В.А. Гладков, В.В. Курейчик, В.М. Курейчик. – М. : Физматлит, 2006. – 320 с.
  7. Rajeev, S. Genetic algorithms-based methodologies for design optimization of trusses / S. Rajeev, C. Krishnamoorthy // J. Struct Eng. – 1997. – 123. – 350–9.
  8. A bi-level hierarchical method for shape and member sizing optimization of steel truss structures / F. Flager, A. Adya, J. Haymaker, M. Fischer // Computers and Structures. – 2014. – 131. – Р. 1–11.
  9. Туснин, А.Р. Конечный элемент для численного расчета конструкций из тонкостенных стержней открытого профиля / А.Р. Туснин // Металлические конструкции. – 2009.  –№ 1. – Т. 15. – С. 73–78.
  10. Поиск рациональной геометрической схемы пространственной металлической конструкции покрытия большепролетного спортивного сооружения / М.Р. Гарифуллин, С.А. Семенов, С.В. Беляева, И.А. Порываев, М.Н. Сафиуллин, А.А. Семенов // Строительство уникальных зданий и сооружений. – 2014. – № 2 (17). – С. 107–124.
  11. Лебедь, Е.В. Компьютерное моделирование точности возведения двухпоясных металлических куполов / Е.В. Лебедь // Промышленное и гражданское строительство. – 2013. –№ 12. – С. 89–92.
  12. Гинзбург, А.В. Постановка задачи оптимального проектировании стальных конструкций / А.В. Гинзбург, А.А. Василькин // Вестник МГСУ. – 2014. – № 6. – С. 52–62.
  13. Василькин, А.А. Автоматизированное решение задачи определения оптимальной высоты стальной фермы по критерию минимума массы при вариации высоты фермы / А.А. Василькин, С.В. Щербина // Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании : сб. материалов Международной конференции (12–13 ноября 2014 г.. Москва) / М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. – М. : МГСУ, 2015.
  14. Василькин, А.А. Построение системы автоматизированного проектирования при оптимизации стальных стропильных ферм / А.А. Василькин, С.В. Щербина // Вестник МГСУ. –2015. – №. 2. – С. 21–37.
  15. Wu, C.Y. Truss structure optimization using adaptive multi-population differential evolution / C.Y. Wu, C.Y. Tseng // Structural and Multidisciplinary Optimization. – 2010. – V. 42. – Р. 351–369.
  16. Balling, R. Multiple optimum size/shape/topology designs for skeletal structures using a genetic algorithm / R. Balling, R. Briggs, K. Gillman // Journal of Structural Engineering. – ASCE. –2006. – V. 132. – P. 1158–1165.
  17. Su, R. Truss topology optimization using genetic algorithm with individual identification technique / R. Su, L. Gui, Z. Fan // Proceedings of the World Congress on Engineering. July 1–3, London, U.K. – 2009. –V. 2. –Р. 45–56.
  18. Электронный каталог прайс-лист : база данных содержит сведения о видах номенклатуры и стоимости. – Режим доступа : http://www.agrupp.com/pricelist/
  19. Синельников, А.С. Прочность просечно-растяжного профиля: испытания и математическое моделирование / А.С. Синельников, А.В. Орлова // Вестник МГСУ. – 2013. – № 12. – С. 41–54.
  20. Гордеева, А.О. Расчетная конечно-элементная модель холодногнутого перфорированного тонкостенного стержня в программно-вычислительном комплексе SCAD OFFICE / А.О. Гордеева, Н.И. Ватин // Инженерно-строительный журнал. – 2011. – № 3. – С. 36–46.
  21. Ватин, Н.И. Моделирование работы тонкостенной стальной стойки в СКАД и оптимизация расчета по Еврокоду / Н.И. Ватин, Д.С. Шатов, Д.Н. Смазнов // Материалы Международной научно-практической конференции. СПбГПУ. – 2009. – С. 212–213.
  22. Туснин, А.Р. Вычислительная система «Сталькон» для расчета и проектирования стержневых конструкций из тонкостенных стержней открытого профиля / А.Р. Туснин, О.А. Туснина // Промышленное и гражданское строительство. – 2012. – № 8. – С. 62–64.
  23. Туснин, А.Р. Автоматизация расчетов несущей способности элементов стальных конструкций / А.Р. Туснин // Промышленное и гражданское строительство. – 2010. – № 10. – С. 22–23.

______________________________

ANDREY A. VASILKIN, PhD, A/Professor,

vergiz@mail.ru

National Research Moscow State University of Civil Engineering,

26, Yaroslavskoe Road, 129337, Moscow, Russia

OPTIMIZATION OF STEEL STRUCTURES USING CAD-SYSTEMS

The research is carried out into the possibility of using the computational algorithm for the synthesis of design solutions for steel structures. The dependence between the truss span and the actual load and the optimum height and minimum mass of the truss is described in this paper. Graphical dependences are obtained to show the change in mass and cost of the structure. The dependence is determined between the cost of the structure and the types of steel and section. The suggested algorithm is based on CAD information technology for the industrial steel structural design solutions and implemented as a subsystem of automated design.

Keywords: automated design of steel structures; optimum solution; optimization.

References

  1. Gemmerling G.A. Podsistema optimizatsii konstruktsii v SAPR [Optimization subsystem in CAD systems]. Sistema avtomatizirovannogo proektirovaniya stal'nykh stroitel'nykh konstruktsii. Moscow : Stroyizdat Publ., 1987. 216 p. (rus)
  2. Turchak L.I. Osnovy chislennykh metodov [Basics of numerical methods]. Moscow: Nauka Publ., 1987. Pp. 169–204.(rus)
  3. Kirsanov M.N. Staticheskii raschet i analiz prostranstvennoi sterzhnevoi sistemy [Static calculation and analysis of spatial rod system]. Magazine of Civil Engineering. 2011. No.6. Pp.26–34. (rus)
  4. Baranovskaya L.V. Ispol'zovanie metoda proektsii gradienta pri optimal'nom proektirovanii metallokonstruktsii tyazhelykh kozlovykh kranov [Gradient projection method used in optimum design of steel structures of heavy gantry cranes]. Vestnik Saratov State Technical University. 2010. V. 1. No. 1. Pp. 24–27.(rus)
  5. Kirsanov M.N. Geneticheskii algoritm optimizatsii sterzhnevykh sistem [Genetic algorithm of optimization of bar systems]. Stroit. mekh. i raschet sooruzhenii. 2010. No.2. Pp. 60–63. (rus)
  6. Gladkov V.A., Kureichik V.V., Kureichik V.M. Geneticheskie algoritmy [Genetic algorithms]. Moscow: Fizmatlit Publ., 2006. 320p. (rus)
  7. Rajeev S., Krishnamoorthy C. Genetic algorithms-based methodologies for design optimization of trusses. J. Struct. Eng. 1997. No.123. Pp. 350–9.
  8. Flager F., Adya A., Haymaker J., Fischer M. A bi-level hierarchical method for shape and member sizing optimization of steel truss structures. Computers and Structures. 2014. No. 131.Pp. 1–11.
  9. Tusnin A.R. Konechnyi element dlya chislennogo rascheta konstruktsii iz tonkostennykh sterzhnei otkrytogo profilya [Finite element for structural numerical calculation of open section thin-wall bar]. Metal Constructions Journal. 2009. V. 15. No. 1. Pp. 73–78. (rus)
  10. Garifullin M.R., Semenov S.A., Belyaeva S.V., Poryvaev I.A., Safiullin M.N., Semenov A.A. Poisk ratsional'noi geometricheskoi skhemy prostranstvennoi metallicheskoi konstruktsii pokrytiya bol'sheproletnogo sportivnogo sooruzheniya [Search for rational spatial geometry of metal coating for large span structure]. Construction of Unique Buildings and Structures. 2014. No. 2. Pp. 107–124. (rus)
  11. Lebed' E.V. Komp'yuternoe modelirovanie tochnosti vozvedeniya dvukhpoyasnykh metallicheskikh kupolov [Computer simulation of metal dome design]. J. IndustrialandCivilEngineering. 2013. No. 12. Pp. 89–92. (rus)
  12. Ginzburg A.V., Vasil'kin A.A. Postanovka zadachi optimal'nogo proektirovanii stal'nykh konstruktsii [The problem of optimum design of steel structures]. Scientific and Technical Journal on Construction and Architecture. 2014. No. 6. Pp. 52–62. (rus)
  13. Vasil'kin A.A., Shcherbina S.V. Avtomatizirovannoe reshenie zadachi opredeleniya optimal'noi vysoty stal'noi fermy po kriteriyu minimuma massy pri variatsii vysoty fermy [Automated determination of optimum height of steel truss using minimum weight criterion at truss variation]. Proc. Int. Sci. Conf. ‘Integration, Partnership and Innovations in Construction Science and Education', Moscow : MGSU Publ., 2015. (rus)
  14. Vasil'kin A.A., Shcherbina S.V. Postroenie sistemy avtomatizirovannogo proektirovaniya pri optimizatsii stal'nykh stropil'nykh ferm [Computer-aided design in optimization of truss frameы]. Scientific and Technical Journal on Construction and Architecture. 2015. No. 2. Pp. 21–37. (rus)
  15. Wu C.Y., Tseng C.Y. Truss structure optimization using adaptive multi-population differential evolution. Structural and Multidisciplinary Optimization. 2010. V. 42. Pp. 351–369.
  16. Balling R., Briggs R., Gillman K. Multiple optimum size/shape/topology designs for skeletal structures using a genetic algorithm. ASCE Journal of Structural Engineering. 2006. V. 132. Pp. 1158–1165.
  17. Su R., Gui L., Fan Z. Truss topology optimization using genetic algorithm with individual identification technique. Proceedings of the World Congress on Engineering. July 1–3, London, U.K. 2009. V. 2. Pp. 45–56.
  18. Truby kruglye [Circular pipes]. Elektronnyi katalog, prais-list [Electronic catalog]. Available at : www.agrupp.com/pricelist/
  19. Sinel'nikov A.S., Orlova A.V. Prochnost' prosechno-rastyazhnogo profilya: ispytaniya i matematicheskoe modelirovanie [Durability of extended profile: testing and mathematical simulation]. Scientific and Technical Journal on Construction and Architecture. 2013. No. 12. Pp. 41–54. (rus)
  20. Gordeeva A.O., Vatin N.I. Raschetnaya konechno-elementnaya model' kholodnognutogo perforirovannogo tonkostennogo sterzhnya v programmno-vychislitel'nom komplekse SCAD OFFICE [Estimated finite element model of cold-formed perforated thin-walled bar using SCAD Office software]. Magazine of Civil Engineering. 2011. No. 3. Pp. 36–46. (rus)
  21. Vatin N.I., Shatov D.S., Smaznov D.N. Modelirovanie raboty tonkostennoi stal'noi stoiki v SKAD i optimizatsiya rascheta po Evrokodu [SCAD simulation of thin-walled steel beam according to Eurocode]. Proc. Int. Sci. Conf. Peter the Great St.-Petersburg Polytechnic University. 2009. Pp. 212–213. (rus)
  22. Tusnin A.R., Tusnina O.A. Vychislitel'naya sistema Stal'kon dlya rascheta i proektirovaniya sterzhnevykh konstruktsii iz tonkostennykh sterzhnei otkrytogo profilya [Computer system Stalcon for calculation and design of beam structures of thin-walled open section]. J. Industrial and Civil Engineering. 2012. No. 8. Pp. 62–64. (rus)
  23. Tusnin A.R. Avtomatizatsiya raschetov nesushchei sposobnosti elementov stal'nykh konstruktsii. [Automated calculations of bearing capacity of steel structure elements]. J. Industrial and Civil Engineering. 2010. No. 10. Pp. 22–23. (rus)

Статья | (1.11 Mб)