Файл: Прогрессивные стальные конструкции [сборник]..pdf

При применении для корпуса емкостей боль­ ших размеров, напри­ мер листа 2X8 м вме­ сто 1,5X8 м, рекомен­

дуемого' в работе [5], наряду с экономиче­ ским эффектом за счет ускорения ввода в дей­ ствие изготовленных сооружений [13] про­ исходят потери в мас­ се материала, которые составляют 2,5—5% от массы корпуса, что приводит к повыше­ нию стоимости' конст­ рукций. При этом эко­ номический эффект от замены листов оказы­ вается меньшим, чем нарастание стоимости материала. Однако это отклонение в стоимости от оптимального зна­ чения настолько мало, что им практически можно пренебречь, так как оно несущественно отражается па общих

затратах. Следует иметь также в виду рост производи­ тельности труда в строительстве, имеющий приоритет перед незначительным удорожанием корпуса резерву­ ара.

Итак, для стальных листовых конструкций, изготав­ ливаемых методом рулонирования, рекомендуется при­ менять следующие размеры листов:

а) для емкостей с переменной толщиной стенок (8 мм и более) листы 2 X 8 м\

б) для емкостей с переменной толщиной стенок, у ко­ торых толщица верхних поясов составляет 5—7 мм — листы 1,5X8 м, так как при такой толщине листы раз­ мером 2 X 8 м не прокатываются.

160

Известно, что за нестандартность размеров стальных листов взимаются приплаты, начисляемые к основной цене. Эти приплаты были оправданы, когда металлурги­ ческие заводы только оснащались агрегатами, позволя­ ющими прокатывать листы больших размеров. В настоя­ щее время мощности металлургических агрегатов на мно­ гих заводах нашей страны значительно возросли и на­ зрел вопрос об отмене приплат.

Тогда для указанных емкостей наиболее рациональ­ ными были бы листы размером 2 X 12 и 1,5X12 м, что

привело бы к значительному сокращению трудозатрат при изготовлении емкостей.

Применение стали повышенной и высокой прочности для резервуаров

Основным расчетным элементом вертикальных цилин­ дрических резервуаров является стенка. С увеличением емкости сооружения, толщина стенки увеличивается. Как отмечалось выше, для экономии материала стенки и обес­ печения возможности ее рулонирования необходимо при­ менение сталей повышенной и высокой прочности, кото­ рые исключают необходимость в разработке и опробова­ нии резервуаров с двухслойным корпусом. Конструкция таких резервуаров сложна в выполнении, работа стенок зависит от многих факторов, что вносит неопределенность в статическую работу двухстенного резервуара.

Тем не менее применение их в наиболее напряжен­ ных участках вертикальной стенки представляется эф­ фективным. Корпус резервуара можно скомпоновать из различных марок стали таким образом, чтобы он отве­ чал прочностным требованиям и в то же время имел ми­ нимальную стоимость.

Для оценки эффективности конструкций с народнохо­ зяйственной точки зрения в качестве решающего показа­

вложений в производство конструкций и материалов, экс­ плуатационных расходов, фактора времени, потерь неф­ тепродуктов и др. Однако для резервуаров с определен­ ными параметрами и эксплуатационными условиями многие составляющие приведенных затрат не зависят от марок стали в корпусе. Поэтому для сокращения объемов

вычислений за основу принимаются изменяемые элемеи-

которых и определяет целевую функцию оптимизации , конструкции корпуса резервуара.

Задача рационального распределения марок стали в корпусе резервуара решалась на кафедре металлических конструкций Днепропетровского инженерно-строитель­ ного института инж. А. М. Тарасенко" под руководством к. т. н. М. И. Ашкинази, методом динамического програм­ мирования с помощью ЭВМ. Следует отметить, что ре­ шение данной задачи таким методом очень трудоемко и пригодно лишь для стадии рабочего проектирования. В процессе вариантного проектирования этот вопрос мож­ но решить несколько проще — используя разновидность метода динамического программирования — графический метод, названный «дерево решений», в основе которого лежит теория статистических решений.

В задаче оптимизации возникает несколько вариан­ тов решения, взаимосвязь которых изображается графи­ чески. Расчетные данные по выбору варианта приводят­ ся на графике «дерева решений»..До построения графи­ ка путем предварительной оценки' потребностей и анали­ за возможных технических или технологических реше­ ний намечаются все предполагаемые варианты решения. При этом разрабатываются вначале укрупненные вари­ анты. Затем по мере введения дополнительных условий каждый из укрупненных вариантов может быть расчле­ нен на ряд детализированных вариантов. График «дерева решений» не меняет существа анализа проблемы: все рас­ четы и решения могут быть построены в аналитической форме. Но он имеет преимущество перед табличной фор­ мой расчетов, что дает наглядное представление о каж­ дом из рассматриваемых вариантов и позволяет своевре­ менно исключать из анализа менее выгодные.

Графическая интерпретация поиска экстремума при решении задачи оптимальной компоновки корпусов рас­ сматриваемых емкостей из сталей различной прочности представлена на диаграмме и обеспечивает наглядность осуществляемой оптимизации с помощью метода дина­ мического программирования. Совершенно очевидно, что концепция «дерева решений» может найти широкое применение для решения подобных задач на практике.

162

*11

В табл. 37 приведены варианты рационального рас­ пределения классов стали в корпусах емкостей больших объемов при изготовлении их методом рулонирования. При этом экономия по стоимости доходит до 9%.

Предложенный метод позволяет найти оптимальные решения, применив в процессе вариантного проектиро­ вания несложные методы оптимизации.

Г Л А В А IV. НАДЕЖНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

§15. Постановка задачи и проблематика надежности

Большие масштабы строительства требуют установ­ ления экономического критерия, с помощью которого можно регулировать и повышать экономическую эффек­ тивность капитальных вложений, а также повышать ка­ чество строительства. Таким критерием является капи­ тальность, надежность и долговечность конструкции.

Экономический эффект повышения капитальности и долговечности конструкций получается за счет уменьше­ ния количества конструкций, необходимых для предприя­ тий народного хозяйства, вследствие правильного подбо­ ра материала и конструктивной формы, более медленно­ го выхода из строя старых сооружений и уменьшения затраты стали на ремонт и реконструкции.

H.С. Стрелецкий [35] предлагает решение этого во­ проса разбить на следующие комплексы:

I.Установление рациональной продолжительности эксплуатации.

2. Установление правильного компоновочного реше­

ния, отвечающего условиям длительной эксплуатации конструкций.

3.Выбор стойкого против агрессин материала и меры защиты его.

4.Выбор стойкой против агрессин конструктивной формы.

Продолжительность эксплуатации должна быть од­ ним из основных параметров расчета, и игнорирование этого обстоятельства является крупным пробелом сов­ ременных норм. С экономической точки зрения эксплуа-

164

тацая рациональна до тех пор, пока суммарные эксплуа­ тационные расходы не станут возрастать. Этот предел находится за пределом нормальной эксплуатации, т. к. связан со значительными повреждениями, препятствую­ щими эксплуатации, но не является аварийным.

Решение этого вопроса имеет две трудности: первая

Iсостоит в том, что изменение стоимости ремонтов в функ­ ции продолжительности эксплуатации, делающих экс­ плуатацию выгодной, неизвестно и требуется еще боль­ шая статистическая работа для установления этой зави­ симости; вторая заключается в том, что расчет должен основываться на зависимостях, отвечающих не современ­ ным условиям, а изменению этих условий в будущем; материалов‘для решения этой задачи также нет. Поэто­ му в настоящее время наиболее рационально задать пла­ новую продолжительность эксплуатации на основании сравнительного анализа работы сооружений.

Конструктор обычно знает, какой строительный мате­ риал считается более долговечным, но вопрос о том, ка­ кая конструктивная форма соответствует этому материа­ лу, остается невыясненным. Экономический эффект в ре­ зультате применения долговечных конструкции зависит от соответствия конструктивной формы компоновочным

решениям. Эта основная конструктивная сторона долго­ вечности пока выяснена слабо. Здесь наиболее интерес­ ными являются вопросы общей компоновки конструкций, компоновки элементов и вопросы экономики соединений и деталей.

Учет продолжительности эксплуатации сооружений в методике расчета конструкций по предельным состояни­ ям целесообразно произвести-введением поправочных ко­ эффициентов, учитывающих зависимость от времени рас­ четных нагрузок и сопротивлений материала. Со време­ ни введения новой методики расчета прошло около 20

лет, однако назначенные коэффициенты перегрузки, од­ нородности материала и условий работы остались и се­ годня практически не уточненными, так как необходи­ мых исследований за это время почти не проводилось.

Особенно неблагополучно обстоит дело с весьма раз­ нообразными многочисленными видами нагрузок на со­ оружения, нормативные величины которых, несмотря на их статистическую природу, назначаются завышенными без учета их изменчивости, а вводимые на них коэффи-

1бб