Оптимізація розмірів поперечних перерізів стержневих елементів конструкцій із холодногнутих профілів із використанням пошуку компромісу

Автор(и)

  • Віталіна Віталіївна Юрченко Київський національний університет будівництва та архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0003-4513-809X
  • Іван Дмитрович Пелешко Національний університет "Львівська політехінка", Україна https://orcid.org/0000-0001-7028-9653

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.261037

Ключові слова:

холодногнутий профіль, несуча здатність, згинально-крутильне випучування, закритична робота, параметрична оптимізація

Анотація

Об’єктом дослідження розглядається стержневий елемент конструкції із С-подібного холодногнутого профілю, що досліджується на предмет пошуку оптимальних розмірів поперечного перерізу. Задача параметричної оптимізації формулюється як задача пошуку оптимальних розмірів перерізу стержневого елементу, що перебуває в умовах осьового стискання, з врахуванням його закритичної роботи (втрати місцевої стійкості стінки та полиць, а також втрати стійкості форми перерізу) та конструктивних вимог. При цьому витрата матеріалу та механічні характеристики сталі, а також розрахункові довжини елемента конструкції розглядались постійними та заданими. Як критерій оптимальності розглядалась максимізація несучої здатності елементу конструкції на втрату загальної стійкості. Сформульована задача оптимізації розв’язується за допомогою методу вичерпного пошуку із використанням розробленого програмного забезпечення. Додатково для фіксованої витрати сталі здійснено пошук компромісних розв’язків, які не залежать від товщини профіля та розрахункових довжин стержневого елемента конструкції. Отримані холодногнуті С-подібні профілі з оптимальними розмірами перерізів характеризуються вищою несучою здатністю на втрату загальної стійкості при осьовому стисканні (до 24.45 % та 22.19 %) при тій самій витраті сталі порівняно до профілів, що пропонуються виробником. Аналіз отриманих результатів дозволив розробити рекомендації щодо оптимальних співвідношень розмірів та геометричних характеристик стержневих елементів конструкцій із С-подібних профілів, що працюють в умовах осьового стикання. Ці співвідношення можуть бути використані як на етапі підбору поперечних перерізів елементів конструкцій із холодногнутих профілів, так і при розробці ефективних сортаментів холодногнутих профілів

Біографії авторів

Віталіна Віталіївна Юрченко, Київський національний університет будівництва та архітектури

Доктор технічних наук, професор

Кафедра металевих та дерев’яних конструкцій

Іван Дмитрович Пелешко, Національний університет "Львівська політехінка"

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра будівельного виробництва

Інститут будівництва та інженерних систем

Посилання

  1. Bilyk, S., Yurchenko, V. (2020). Size optimization of single edge folds for cold-formed structural members. Strength of Materials and Theory of Structures, 105, 73–86. doi: https://doi.org/10.32347/2410-2547.2020.105.73-86
  2. Yurchenko, V. (2019). Algorithm for shear flows in arbitrary cross-sections of thin-walled bars. Magazine of Civil Engineering, 8 (92), 3–26. doi: https://doi.org/10.18720/MCE.92.1
  3. Mojtabaei, S. M., Becque, J., Hajirasouliha, I. (2021). Structural Size Optimization of Single and Built-Up Cold-Formed Steel Beam-Column Members. Journal of Structural Engineering, 147 (4). doi: https://doi.org/10.1061/(asce)st.1943-541x.0002987
  4. Leng, J. (2016). Optimization techniques for structural design of cold-formed steel structures. Recent Trends in Cold-Formed Steel Construction, 129–151. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-08-100160-8.00006-2
  5. Ye, J., Hajirasouliha, I., Becque, J., Pilakoutas, K. (2016). Development of more efficient cold-formed steel channel sections in bending. Thin-Walled Structures, 101, 1–13. doi: https://doi.org/10.1016/j.tws.2015.12.021
  6. Gatheeshgar, P., Poologanathan, K., Gunalan, S., Shyha, I., Tsavdaridis, K. D., Corradi, M. (2020). Optimal design of cold-formed steel lipped channel beams: Combined bending, shear, and web crippling. Structures, 28, 825–836. doi: https://doi.org/10.1016/j.istruc.2020.09.027
  7. Leng, J., Li, Z., Guest, J. K., Schafer, B. W. (2014). Shape optimization of cold-formed steel columns with fabrication and geometric end-use constraints. Thin-Walled Structures, 85, 271–290. doi: https://doi.org/10.1016/j.tws.2014.08.014
  8. Wang, B., Gilbert, B. P., Guan, H., Teh, L. H. (2016). Shape optimisation of manufacturable and usable cold-formed steel singly-symmetric and open columns. Thin-Walled Structures, 109, 271–284. doi: https://doi.org/10.1016/j.tws.2016.10.004
  9. Parastesh, H., Hajirasouliha, I., Taji, H., Bagheri Sabbagh, A. (2019). Shape optimization of cold-formed steel beam-columns with practical and manufacturing constraints. Journal of Constructional Steel Research, 155, 249–259. doi: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2018.12.031
  10. Ma, W., Becque, J., Hajirasouliha, I., Ye, J. (2015). Cross-sectional optimization of cold-formed steel channels to Eurocode 3. Engineering Structures, 101, 641–651. doi: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2015.07.051
  11. Yurchenko, V., Peleshko, I. (2021). Methodology for solving parametric optimization problems of steel structures. Magazine of Civil Engineering, 107 (7), 10705. doi: https://doi.org/10.34910/MCE.107.5
  12. Yurchenko, V., Peleshko, I., Biliaiev, N. (2021). Application of gradient projection method to parametric optimization of steel lattice portal frame. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering, 17 (3), 132–156. doi: https://doi.org/10.22337/2587-9618-2021-17-3-132-156
  13. Moharrami, M., Louhghalam, A., Tootkaboni, M. (2014). Optimal folding of cold formed steel cross sections under compression. Thin-Walled Structures, 76, 145–156. doi: https://doi.org/10.1016/j.tws.2013.11.009
  14. Lee, J., Kim, S.-M., Park, H.-S., Woo, B.-H. (2005). Optimum design of cold-formed steel channel beams using micro Genetic Algorithm. Engineering Structures, 27 (1), 17–24. doi: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2004.08.008
  15. EN 1993-1-3:2006: EuroCode 3: Design of steel structures - Part 1-3: General rules – Supplementary rules for cold-formed members and sheeting. Available at: https://www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2015/12/en.1993.1.3.2006.pdf
  16. EN 1993-1-5:2006: EuroCode 3: Design of steel structures - Part 1-5: General rules – Plated structural elements. Available at: https://www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2015/12/en.1993.1.5.2006.pdf
  17. EN 1993-1-1:2005: EuroCode 3: Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings. Available at: https://standards.iteh.ai/catalog/standards/cen/482fb48f-4de9-4e00-91eb-f0c09b3f4b87/en-1993-1-1-2005
  18. Perelmuter, A., Kriksunov, E., Gavrilenko, I., Yurchenko, V. (2010). Designing bolted end-plate connections in compliance with Eurocode and Ukrainian codes: consistency and contradictions. Selected papers of the 10th International Conference “Modern Building Materials, Structures and Techniques”, 733–743. Available at: https://www.researchgate.net/publication/266038627_Designing_bolted_end-plate_connections_in_compliance_with_eurocode_and_ukrainian_codes_Consistency_and_contradictions
  19. Karpilovsky, V., Kriksunov, E., Perelmuter, A., Yurchenko, V. (2021). Analysis and design of structural steel joints and connection: software implementation. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering, 17 (2), 58–66. doi: https://doi.org/10.22337/2587-9618-2021-17-2-57-65
  20. UTSSS-014-16. Sortament kholodnoformovannykh profiley dlya legkikh stal'nykh tonkostennykh konstruktsiy proizvoditeley Ukrainy. Ukrainskiy Tsentr Stal'nogo Stroitel'stva. Available at: https://uscc.ua/uploads/section/Files/sortament-holodnoformovannyh-profilej-dlya-lstk-new2020.pdf
Optimization of cross-section dimensions of structural members made of cold-formed profiles using compromise search

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-10-31

Як цитувати

Юрченко, В. В., & Пелешко, І. Д. (2022). Оптимізація розмірів поперечних перерізів стержневих елементів конструкцій із холодногнутих профілів із використанням пошуку компромісу. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(7 (119), 84–95. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.261037

Номер

Том 5 № 7 (119) (2022): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Vitalina Yurchenko, Ivan Peleshko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.