Раціональні сталеві конструкції навісів над трибунами стадіонів із використанням зварних двотаврів із змінною шириною полиці і висоти стінки

Анотація

Розроблено удосконалений методичний підхід для визначення оптимальної конструктивної форми консольної зварної сталевої двотаврової балки зі змінною шириною полиці та висотою стінки при комбінованому навантаженні: рівномірно розподіленому по довжині та зосередженому згинальному моменті, прикладеному на вільному кінці. Такі сталеві конструкції демонструють високу ефективність використання сталі, виступаючи основними несучими елементами покриттів над трибунами стадіонів.

Ефективність конструкції досягається завдяки перерозподілу сталі по довжині елемента та по висоті поперечного перерізу з метою досягнення оптимальної конструктивної форми. Підбір оптимальної конфігурації базується на числових дослідженнях визначення раціонального градієнта змінності висоти балки та підбору значення градієнта ширини полиці з урахуванням виконання умов міцності для кожного перерізу. Вважається, що раціональний розподіл сталі по висоті перерізу відповідає оптимальному співвідношенню площі полиці і стінки за критерієм мінімізації витрат сталі на кожну елементарну ділянку балки.

Задача оптимізації зварного двотавра конічної форми при прийнятих умовах навантаження з лінійною зміною ширини полиці та висоти стінки сформульована традиційно як однокритеріальна задача умовної оптимізації, в якій критерієм є мінімізація витрат сталі за умов дотримання умов міцності у кожному поперечному перерізі (що залежать від градієнтів змінності ширини полиці та висоти стінки при комплексному навантаженні).

Задача вирішується з метою дотримання обмежень умов міцності та визначення граничних значень градієнта зміни висоти стінки та ширини полиці в поперечному перерізі сталевої двотаврової балки для узагальненої схеми навантаження. Проведено числові дослідження для визначення градієнтів змінності висоти стінки та ширини полиці за критерієм мінімізації витрат сталі та дотримання умов міцності в кожному перерізі вздовж довжини конструкції.

Отримані результати показують, що оптимальним градієнтом змінності висоти перерізу є γ_h ≤0,6 при P₁l/M_x,0≤2,0 та γ_h ≤0,5 при P₁l/M_x,0≤1,0. Встановлено, що при P₁l/M_x,0≤0,25 та γ_h ≤0,9 умови міцності виконуються для всіх перерізів раціональної конструктивної форми зварної сталевої балки. Розроблено методологічний підхід до вирішення такого типу задач в узагальненому вигляді.