Многокритериальная оптимизация конструкций городских вантовых пешеходных мостов: постановка и решение задачи Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

РАЗДЕЛ II

СТРОИТЕЛЬСТВО. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

УДК 625.745.11

МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ ГОРОДСКИХ БАЙТОВЫХ ПЕШЕХОДНЫХ МОСТОВ: ПОСТАНОВКА И РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ

С. А. Бахтин, Н. А. Козьмин

Аннотация. Сформулирована задача оптимального проектирования вантовых мостов для городских пешеходных переходов, введены дополнительные критерии, связанные с динамической устойчивостью и технологичностью сооружения, приведена методика автоматизированного решения частного случая такой задачи.

Ключевые слова: вантовые мосты, многокритериальная оптимизация, автоматизированное проектирование, оптимальное проектирование конструкций, пешеходные мосты.

Введение

В современных условиях развития улично-дорожных сетей, характерных большой шириной магистралей, при строительстве пешеходных путепроводов требуется перекрывать пролёты более 30 - 35 м. При этом пролётные строения должны быть лёгкими, недорогими, а также отвечать требованиям архитектуры. Не менее важны вопросы технологии сооружения. Процесс монтажа путепровода должен быть максимально быстрым, ведь перекрытие магистральной "артерии" города на продолжительное время вызывает огромные проблемы.

Перечисленным требованиям в большой степени отвечают вантовые конструкции -весьма экономичные, архитектурно выразительные и достаточно удобные при монтаже в условиях ограничения во времени и в пространстве.

Комплекс современных требований к качеству инженерных сооружений фактически требует применения многокритериальной оптимизации при их проектировании [1,2]. В этой связи в данной работе излагается постановка задачи многокритериальной оптимизации конструкций вантовых пешеходных путепроводов, а также приводится решение этой задачи применительно к частному случаю пролетного строения однопилонного двухпро-летного моста с равными величинами пролетов, возводимого из отдельных блоков на временных опорах.

1. Постановка задачи

В задачах оптимального проектирования конструкций (ОПК) для обеспечения достоверности и обоснованности полученного решения необходимо последовательно решить следующие задачи:

1. Формулирование критериев качества (критериев комплексной оценки инженерного сооружения);

2. Составление системы ограничений, определяющих долговечность и надежность работы конструкции;

3. Назначение параметров конструкции, которые будут варьируемыми и подлежат оптимизации, а их количество (параметров) само является предметом поиска

4. Выбор программного продукта для определения напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкции, который отвечал бы поставленной задаче оптимизации.

До настоящего времени, подавляющее большинство практических задач ОПК строительных конструкций решается в однокрите-риальной постановке. Как правило, в качестве критерия оптимизации принимается расход материала или приведенная стоимость, если используется несколько материалов (металл, железобетон и т.д.).

В общем виде задача ОПК формулируется в терминах нелинейного программирования следующим образом [3]:

Пусть Х=Х(х1, х2, ... хп) - п-мерный вектор параметров конструкции (п- число параметров) и П(Х) - скалярная функция, определенная для всех Х (^Х) - целевая функция). Далее пусть О - допустимая область, определяемая системой ограничений д,(Х)<0, где у=1, 2,...т (т - число ограничений). Среди всех Х е О требуется найти такой вектор Х, для которого целевая функция П(Х) < П(Х).

Применительно к задаче ОПК для Байтового пешеходного пролетного строения прежде всего следует определиться с исходными параметрами, которые необходимо задать (или получить от Заказчика) для конкретной задачи ОПК в виде констант. Такими константами могут являться: длина пролета, высота подмостового габарита, вид и величина временной подвижной нагрузки, габарит прохожей части, материалы для элементов пролетного строения, типы их конструктивных решений и т.д.

При этом независимыми параметрами вантового пролетного строения могут быть: число вант в каждом пролете, высота пилона, параметры, определяющие расстановку узлов крепления вант вдоль пролета и пилона, усилия предварительного натяжения вант на монтаже (усилия регулирования) и т.д.

Наиболее важным этапом разработки математической модели при решении задачи ОПК является формирование системы ограничений. Безусловно, учет абсолютно всех требований по прочности, выносливости, жесткости, надежности, конструктивным ограничениям и т.д. невозможен, да и нецелесообразен с практической точки зрения из-за громоздкости задачи. Конкретная математическая модель должна обладать минимально необходимой системой ограничений, обеспечивающей с одной стороны корректность задачи, а с другой быстродействие при ее решении. В связи с этим видится достаточным сузить систему ограничений лишь до тех из них, учет которых способен повлиять на размеры сечений основных несущих элементов моста, а значит, и на целевую функцию - это ограничения по прочности балки жесткости, предельной гибкости и устойчивости стоек пилона, прочности ванты, жесткости пролетного строения, определяемые действующими нормами проектирования [4].

Удовлетворение других ограничений, связанных с особенностями конструирования, обеспечением местной устойчивости элементов и т.д., может оказаться вполне достаточным оставить на усмотрение проектировщика, заложив в целевую функцию некоторый запас посредством введения конструктивного ко-

эффициента к площадям сечений основных несущих элементов.

В качестве целевой функции для данной задачи ОПК следует принять приведенную стоимость (или массу) сооружения.

Поставленная задача ОПК вантового моста относится к условно экстремальным и нелинейным, т.к. система ограничений д/Х)<0 и целевая функция f(X) нелинейны и не могут быть в явном виде выражены через компоненты вектора X. Поэтому она решается только поисковыми методами ОПК. Дополнительные трудности обусловлены стадийностью работы конструкции и, следовательно, зависимостью внутренних усилий от технологии монтажа.

Завершающим этапом формулировки и решения поставленной задачи ОПК является выбор программного продукта для многократного определения напряженно-деформированного состояния конструкции при поисковых методах ОПК. Подавляющее большинство современных программных продуктов для расчета конструкций используют метод конечных элементов (МКЭ) в форме метода перемещений. Некоторые из них (COSMOS/M, ANSYS, NASTRAN) способны осуществлять параметрическую оптимизацию конструкции разными поисковыми методами (метод штрафных функций, метод аппроксимации и т.д.). В то же время их возможностей может оказаться недостаточно, когда необходим учет стадийности возведения, регулирования усилий, не говоря уже об оптимизации по многим критериям. Поэтому приходится признать, что решение конкретной задачи оптимального проектирования мостовой конструкции может опираться на возможности существующих современных программных комплексов лишь частично и требовать для своего осуществления разработки индивидуального программного продукта.

Вторым по значимости критерием при проектировании данных конструкций после приведенных экономических затрат (в тоннах металла или условных рублях) следует признать динамическую устойчивость ванто-вых пешеходных мостов.

На первый взгляд, проверку динамической устойчивости при решении задачи ОПК следует отнести к системе ограничений [4, п. 5.48]: Ti2Bep * (0,45...0,6) с и Ti2r°P * (0,9...1,2) с.

Но это совсем не простая проверка типа д,(Х)<0, как показал опыт реального проектирования и эксплуатации пешеходных путепроводов, имеющих высокие тонкие опоры и значительную пешеходную нагрузку, появляю-

щуюся периодически [5]. Дело в том, что определение динамических характеристик пролетного строения путем расчета [6] имеет значительно меньшую точность, чем результаты, получаемые при загружении расчетной модели статической нагрузкой. и поэтому определенная в нормах граница опасных диапазонов является «размытой». Поэтому видится разумным действовать в двух направлениях: повышать точность динамического расчета посредством рассмотрения совместной динамической работы пролетного строения с гибкими опорами и одновременно с этим «улучшать» динамические характеристики, как можно более «отдаляя» их от запрещенных диапазонов.

В каждой из плоскостей колебаний - горизонтальной и вертикальной - нормы требуют проверять значения периода для первой и второй формы, как с учетом, так и без учета нагрузки от толпы, равной 0,5 кПа. Таким образом, для каждой плоскости возможно получить четыре значения периода колебаний и принять за количественную оценку критерия динамической устойчивости в этой плоскости абсолютную разницу между границей опасного диапазона и периодом наиболее приближенной к ней формы колебаний.

Не меньшее значение имеет третий критерий - технологичность сооружения, причем его следует рассматривать в двух направлениях: относительная сложность монтажа моста и неизбежные потери от перерывов в движении для городской инфраструктуры, связанные с «окнами» для монтажа моста на грузонапряженной магистрали.

Данный критерий еще сложнее оценить количественно, т.к. здесь еще меньше математических зависимостей: применение оригинальной технологии монтажа балки жесткости и пилона может вызвать серьезное удорожание за счет дополнительных обустройств, но одновременно позволит существенно сократить длительность «окна», что вполне может «окупиться» в большом городе.

Четвертый критерий, который сегодня все в большей степени выходит на первый план в больших городах и который точно неподвластен математическим формулам -«архитектурная выразительность сооружения». Есть транспортные развязки в мегаполисах, где цена уходит на второй и третий план под воздействием многих факторов, таких как исторический центр, культурное наследие, общественное мнение и т.д.

Основываясь на вышеизложенном, для решения многокритериальной задачи ОПК Байтового моста можно предложить два варианта:

1. Не рассматривая последний критерий (архитектурную выразительность), составить целевые функции //(X) для каждого критерия и решать задачу многокритериальной оптимизации по принципу множества Парето [1,2];

2. Решать задачу в несколько этапов. При помощи какого-либо из поисковых методов выполнить оптимизацию по критерию приведенной стоимости, осуществив несколько поисковых спусков и получив тем самым несколько векторов X*, отвечающих всем требованиям. Далее при помощи экспертов следует провести анализ найденных X* по качественным критериям (динамической устойчивости, технологичности и архитектурной выразительности), выстроив X* в окончательном порядке.

В следующем разделе излагается решение частной задачи многокритериальной оптимизации, являющееся своеобразной комбинацией этих двух вариантов.

2. Оптимизация однопилонного Байтового пролетного строения, возводимого на временных опорах

2.1. Объект, параметры, ограничения, критерии и формулировка задачи оптимизации

В качестве объекта оптимизации было рассмотрено вантовое пролетное строение, показанное на рисунке 1. Рассматриваемое пролетное строение - неразрезное двухпро-летное, с равными величинами пролетов L. Оно имеет в своем составе две главные балки, объединенные устанавливаемыми с некоторым шагом с1сЬ поперечными балками, на которые укладываются плиты пешеходной дорожки с покрытием либо металлический настил. В некоторых сечениях узлы крепления поперечных балок соседствуют с узлами крепления вант, идущими с некоторым равным шагом, определяемым числом вант N и длинами неподкрепленных участков балки жесткости L1 и L2.

Пролетное строение шарнирно-неподвижно опирается на распорку пилона. Высота пилона от заделки в основании до центра тяжести сечения главной балки - Н0. Высота пилона от центра тяжести сечения главной балки до верхнего узла крепления ванты к пилону - Нр1. Узлы крепления вант к пилону расставлены с равным шагом Ср1.

Рис. 1. Геометрическая схема рассматриваемого пролетного строения

В условиях плотной городской застройки и малого подмостового габарита возведение такой конструкции целесообразно производить кранами малой грузоподъемности, монтируя балку жесткости из сборных элементов на временных опорах. Монтаж вантовой конструкции проводится в несколько следующих этапов [7]:

- монтаж всех временных и постоянных опор, включая пилон;

- установка кранами монтажных блоков балки жесткости на временные опоры;

- объединение этих блоков монтажными шарнирами, допускающими взаимный поворот;

- закрепление вант в соответствующих узлах балки жесткости и пилона;

- первичное натяжение вант;

- замена монтажных шарниров жесткими стыками;

- демонтаж временных опор;

- регулирование усилий (вторичное натяжение вант).

Оптимизируемые параметры целесообразно разделить на три группы. К первой группе относятся параметры геометрической схемы:

ao=L/dcb - число панелей, на которые разделяют один пролет поперечные балки;

a1=L1/dcb - число панелей, соответствующее расстоянию от подвижной опоры до первой ванты;

а2=Н/НсЬ - число панелей, соответствующее шагу между соседними вантами; a3=N - число вант;

aл=Hp|/L - отношение высоты пилона к длине пролета;

а5=Нр|(^1)/Нр| - отношение высоты подкрепленной вантами части пилона к высоте пилона.

Вторая группа включает в себя параметры внутренних сечений. Это параметры, определяющие жесткости основных несущих элементов (ОНЭ) - главной и поперечных балок, пилона и вант. В общем случае их число может быть достаточно велико, так как балка и пилон могут иметь переменное по длине (высоте) сечение, а ванты - быть выполненными из канатов различного диаметра. Сварные сечения балок и пилона могут также выполняться из большого количества листов различных типоразмеров, что может сколь угодно значительно увеличить число параметров этой группы, а значит, и временные затраты на поиск. Поэтому было решено принять сечения ОНЭ постоянными по длине элементов, а при подборе сечения каждого из элементов считать достаточным нахождение его номера в некотором заранее подготовленном проектировщиком сортаменте, как это осуществлено, например, в работе [8]. Сортамент данного ОНЭ представляет собой таблицу, в которую сведены возможные для него сечения в порядке возрастания их площадей и моментов инерции. Таким образом, вторая

группа включает в себя четыре параметра: пь, псЬ, пР1 и п,, представляющие собой, соответственно, номера сечений главной балки, поперечной балки, пилона и ванты в соответствующих сортаментах.

К третьей группе относятся параметры регулирования - усилия Т/ (/=1..^, создаваемые в вантах на стадии вторичного натяжения.

Система ограничений, принятых в этой задаче, соответствует следующим проверкам конструкции и ее элементов, регламентируемым нормами проектирования:

51- прочность главной балки;

52 - прочность поперечной балки;

53 - жесткость пролетного строения;

54 - устойчивость стоек пилона в плоскости и из плоскости моста;

55 - величина гибкости стоек пилона в плоскости и из плоскости моста;

56 - прочность ванты;

D - значения частот колебаний пролетного строения в вертикальной и горизонтальной плоскостях по первым двум формам, в т.ч. с учетом загружения пролетного строения нагрузкой от толпы в размере 0,5 кПа.

Все ограничения, кроме D, отнесем к категории статических ограничений, а D - к категории динамических ограничений.

Критерии качества этой конструкции были приняты следующими:

К1 (критерий приведенной массы) - общая масса металла пролетного строения, пилона и вант, приведенная по стоимости в соответствии с реальной рыночной ценой материалов;

К2 (критерий динамической устойчивости в вертикальной плоскости) - минимальное расстояние от множества ограничиваемых периодов колебаний до соответствующего запрещенного диапазона колебаний в вертикальной плоскости;

КЗ (критерий динамической устойчивости в горизонтальной плоскости) - аналогично К2, для горизонтальной плоскости;

К4 - номер сечения главной балки в соответствующем сортаменте;

К5 - номер сечения ванты в соответствующем сортаменте;

К6 - число вант;

А1 - неформализуемый архитектурный критерий.

Как можно заметить, критерии К2 и КЗ относятся к динамической устойчивости; критерии К4-К6 - к технологичности сооружения; критерий А1 - к архитектуре.

Основываясь на всем вышеизложенном, приходим к формулировке задачи в следующем виде:

Используя полученные от Заказчика исходные данные (длина пролета, высота под-мостового габарита, ценовые показатели материалов, сортаменты и т.д.), определить сочетание параметров а0..а5, пь,псь, пр1, п,, Т1..Тп, удовлетворяющее приведенным в п. 1.3 ограничениям и имеющее в наибольшей степени соответствующее требованиям Заказчика сочетание критериев качества К1..К6, А1.

2.2. Принцип разделения параметров, расчет точки

Главной идеей решения задачи является обозначенное ранее разделение параметров на группы. Это разделение основывается на следующей предпосылке: любому сочетанию параметров геометрической схемы а0..а5 при достаточности сортаментов возможно подобрать такое сочетание внутренних сечений (пь;псЬ;пр1;п,) и усилий регулирования Т1..Тм, которое обеспечивает минимальный вес балки жесткости при выполнении всех статических ограничений. Операция такого подбора в дальнейшем будет называться расчет точки.

Алгоритм расчета точки с координатами (а0..а5) в самом общем представлении являет собой следующую последовательность:

1. Назначение пь=1, пр=1, п,=1. Определение псЬ из условия прочности материала поперечной балки при восприятии местной нагрузки;

2. Составление конечно-элементной схемы из элементов главной балки, пилона и вант, определение напряженно-деформированного состояния элементов пролетного строения на всех стадиях, за исключением стадии регулирования усилий;

3. Определение Т^.^ методом случайного поиска [3], принимая в качестве минимизируемой функции максимальное расчетное нормальное напряжение, действующее в главной балке;

4. Выбор из сортамента главных балок значения пь, удовлетворяющего ограничениям 51 и 53;

5. Выбор из сортамента сечений стоек пилона значения пр1, удовлетворяющего ограничениям 54 и 55;

6. Выбор из сортамента сечений вант значения п,, удовлетворяющего ограничению 56;

7. Если выбранные значения пь, пр1, п, равны принятым в начале итерации, поиск следует считать завершенным, в противном случае следует возвратиться к п.2 с выбранными значениями параметров внутренних сечений.

Произведенный указанным образом расчет точки полностью снимает вопрос статиче-

ских ограничений и сводит общую задачу к поиску в пространстве параметров геометрической схемы, имеющем размерность, не превышающую шести.

2.3. Методика автоматизированной оптимизации по многим и одному критериям

Для решения задачи многокритериальной оптимизации был принят разработанный Соболем И.М. и Статниковым Р.Б. метод исследования пространства параметров (ИПП) [2]. Его большим достоинством является применение квазислучайных ЛПТ-последовательностей, позволяющих наиболее равномерно рассмотреть исследуемый объем в многомерном пространстве оптимизируемых параметров, что особенно важно при больших затратах машинного времени на расчет и определение критериев качества каждой исследуемой конструкции.

Метод ИПП предполагает собой формирование из числа исследованных точек Парето-множества (множества неулучшаемых точек), из которого в конечном счете производит свой выбор проектировщик (совет экспертов).

Учитывая отраслевую принадлежность задачи, т.е. строительство, где определяющим как правило является вопрос стоимости, было также решено не отказываться от идеи одно-критериальной оптимизации полностью, и ввести в программу один из поисковых методов оптимизации, чтобы, на усмотрение проектировщика, дополнительно улучшать по критерию приведенной стоимости точки, определенные методом ИПП. В качестве такового был использован метод Хука-Дживса [4,9], достаточно простой в реализации и предназначенный в основном для поиска локальных минимумов.

Итак, методика автоматизированной оптимизации заключается в проведении следующих последовательных шагов:

1. Формирование списка из M исследуемых точек на основе ЛПТ - последовательности, расчет их, определение критериев качества К1..К6 и выполнения динамических ограничений в каждой точке;

2. Исключение из списка точек, в которых не выполняются динамические ограничения;

3. Формирование на основе списка Паре-то-множества из M точек;

4. Выбор из Парето-множества M" точек и улучшение их по критерию приведенной массы методом Хука-Дживса.

Для реализации этой методики одним из авторов статьи была разработана компьютерная программа в среде Delphi 7. Она реализует алгоритмы метода ИПП и метода Хука-

Дживса применительно к рассматриваемой задаче, а также полный многократный расчет исследуемых точек. Для решения промежуточных задач, связанных с определением напряженно-деформированного состояния исследуемой конструкции на разных стадиях ее монтажа и эксплуатации, в программе был применен метод конечных элементов в форме метода перемещений с использованием стержневых элементов, вне связи с какими-либо иными расчетными комплексами.

2.4. Пример применения методики

При помощи разработанного программного обеспечения была проделана попытка улучшить пролетное строение существующего вантового пешеходного моста через проезд Энергетиков в г. Новосибирск. Мост имеет пролеты £=40,5 м, габарит пешеходной дорожки 3,0 м, параметры его геометрической схемы даны в таблице 1. Было рассчитано М=300 точек. Заданные диапазоны изменения параметров геометрической схемы: £/^ь=14..40; £^=0,1.0,5; ^=0,1..0.2; N=2^8; Нр1/£=0,25..0,7; dp,(N-1)/^, =0,1 ..0,5. Главные балки выполняются из сварных двутавров (сортамент - пользовательский), поперечные балки - из прокатных двутавров по ГОСТ 8239-89, стойки пилона - из труб по ГОСТ 10704-91, ванты - из канатов по ГОСТ 7669-80*.

По итогам расчета было определено Па-рето-множество, состоящее из 152 точек, при этом для всех точек критерии К2, КЗ имеют близкие значения, уверенно обеспечивающие безопасную динамическую работу пролетного строения, поэтому расчет был повторен с исключением этих критериев. В новое множество Парето вошло М-13 точек. Из них М'-4 было выбрано для дальнейшего улучшения методом Хука-Дживса по критерию приведенной стоимости. Точки №№ 165,270 привлекли внимание малым значением приведенной массы, а точки №128,281 - малым числом вант.

В таблице 1 приведено составленное множество Парето (жирным шрифтом выделены выбранные для улучшения точки), а также конечные улучшенные точки. Решением совета специалистов в качестве конечного решения проблемы была выбрана точка 165', в которой приведенная стоимости пролетного строения и номер сечения главной балки принимают свои наименьшие значения. При этом снижение значения критерия приведенной стоимости пролетного строения составило 9,5 %, из которых 1,5 % достигнуто за счет дополнительного поиска методом Хука-Дживса.

Таблица 1 - Множество Парето и улучшенные точки

№ точ- Координаты точки Критерии качества

ки ад а1 а2 аэ а4 а5 K1 K4 K5 K6

Существующее сооружение

0 27 6 3 6 0,407 0,105 64,930 26 4 6

Множество Па рето

20 18 3 3 5 0,630 0,233 72,979 26 5 5

42 22 11 2 3 0,580 0,155 74,234 30 6 3

95 40 7 6 6 0,619 0,068 70,186 25 5 6

110 26 13 4 4 0,654 0,131 79,960 30 6 4

128 14 1 1 2 0,250 0,050 68,338 32 11 2

138 22 9 4 2 0,695 0,291 76,760 29 8 2

165 31 4 6 4 0,421 0,087 59,789 24 8 4

169 29 6 4 6 0,674 0,115 73,431 25 4 6

204 19 2 3 3 0,656 0,210 77,998 27 9 3

238 26 3 3 3 0,438 0,259 72,298 31 10 3

260 17 3 2 3 0,687 0,276 78,676 29 8 3

270 25 3 5 5 0,490 0,192 61,246 24 7 5

281 30 9 5 3 0,504 0,262 67,353 29 7 3

Точки, улучшенные по критерию приведенной стоимости методом Хука-Дживса

128' 14 1 1 2 0,230 0,050 67,989 32 11 2

165' 31 4 6 4 0,421 0,055 58,772 21 8 4

270' 25 3 5 5 0,490 0,142 60,982 23 7 5

281' 30 9 5 3 0,454 0,262 66,718 29 8 3

Заключение

Составленная автоматизированная методика многокритериальной оптимизации ванто-вых пешеходных мостов позволяет быстро проводить всесторонний анализ большого числа конструкций и осуществлять выбор решения, в наибольшей степени удовлетворяющего запросам проектировщика и строителя.

Библиографический список

1. Герасимов, Е. Н., Почтман Ю. М., Скалозуб

B.В. Многокритериальная оптимизация конструкций. Киев.: Высшая школа, 1985. 134 с.

2. Соболь И. М, Статников Р. Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. М.: Дрофа, 2006. 176 с.

3. СП 35.13330.2011. «Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*» М.: ОАО «ЦПП», 2011. 340с.

4. Лазарев И. Б. Основы оптимального проектирования конструкций. Задачи и методы. Новосибирск: СГАПС, 1995. 295 с.

5. Пыринов, Б. В. Исследование динамических характеристик пешеходных мостов / Б. В. Пыринов,

C. П. Васильев // Транссиб-99: тез. докп. регион. науч.-практ. конф. 24-25 июня 1999 г., г. Новосибирск / СГУПС. - Новосибирск, 1999. - С. 162.

6. Кадисов, Г. М. К определению собственных форм вантового моста смешанным методом / Г.М. Кадисов // Вестник СибАДИ. - 2012. - №2. - С. 45-49.

7. Козьмин, Н. А. Определение усилий регулирования для вантового пролетного строения пешеходного моста, сооружаемого на временных опорах / Н. А. Козьмин // Вестник ТГАСУ. -2011. - № 4. - С. 187-197.

8. Проектирование висячих пешеходных мостов с оптимизацией пролетных строений по расходу металла : метод. указания для выполнения курсовых и диплом. проектов / Новосиб. ин-т инженеров ж.-д. трансп. ; сост.: Б. В. Пыринов, С. А. Бахтин, М. Б, Дорфман. - Новосибирск: , 1985. - 34 с.

9. Козьмин, Н. А. Оптимизация геометрической схемы вантового пешеходного моста методом Хука - Дживса / Н. А. Козьмин // Транспортная инфраструктура Сибирского региона: Материалы третьей всероссийской научно-практической конференции с международным участием, 15-19 мая 2012 г. Иркутск / ИрГУПС. - Иркутск, 2012. - т. 1 -С. 425-428.

MULTIOBJECTIVE OPTIMIZATION OF CITY CABLE-STAYED FOOTWAY BRIDGE CONSTRUCTIONS: FORMULATION AND SOLUTION OF THE PROBLEM

S. A. Bakhtin, N. A. Kozmin

Problem of optimal design of city cable-stayed footway bridge constructions is formulated. Cryterias, assigned with dynamic stability and manufacturability, are added. Method of automated solving for a special case of the problem is given.

Бахтин Сергей Анатольевич - кандидат технических наук, профессор кафедры «Мосты» (СГУПС). Основные направления научной деятельности - проектирование висячих и вантовых мостов, оптимальное проектирование мостовых конструкций. Общее количество опубликованных работ: 73. e-mail:[email protected]

Козьмин Николай Андреевич - аспирант кафедры «Мосты» (СГУПС). Основные направления научной деятельности - оптимальное проекти-

рование мостовых конструкций, автоматизированное проектирование мостов. Общее количество опубликованных работ: 7. e-mail: [email protected]

УДК 692

ВЫБОР ВАРИАНТА УСИЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ОПУСКНОГО КОЛОДЦА

В. А. Рудак, Н. В. Беляев

Аннотация. В статье рассмотрены варианты усиления конструкций опускного колодца: рабочий проект укрепления грунтов опускного колодца насосной станции ливневой канализации и проект усиления несущих конструкций. В конечном итоге выполнено усиление грунтов методом высоконапорного инъецирования. В результате техническое состояние конструкций опускного колодца после упрочнения грунтов оценивается как работоспособное.

Ключевые слова: усиление, анализ, обследование, конструкция.

Введение

Проект канализационной насосной станции, включающей в себя опускной колодец, был разработан без учета геологических изысканий в пятне застройки.

Геологическое строение площадки имеет характерные особенности:

- наличие насыпных грунтов, с примесью органических веществ с участки заторфления;

- морозное пучение основания в зоне промерзания;

- высокое положение уровня грунтовых вод.

Для уменьшения сил трения при погружении колодца с наружной стороны предусмотрено устройство тиксотропной рубашки из глиняного раствора. Подача раствора предусмотрена непрерывной. Для отвода воды в процессе производства работ в нижней части колодца предусмотрен дренажный приямок.

Отвод воды из приямка должен производиться до 100 % набора прочности бетона днища.

По совокупности причин при выполнении работ по опусканию колодца в проектное положение, естественные геологические условия площадки были нарушены и при производстве работ, супесь текучей консистенции, с одной из сторон, стала заполнять внутренний объем смонтированного опускного колодца (рис. 1.).

Конструкция опускного колодца собирается из плоских железобетонных панелей толщиной 30 см, которые соединены между собой сваркой с помощью стальных плоских накладок. Верхняя часть колодца наращивается монолитным железобетонным кольцом толщиной 500 мм, высотой 2,63 м.