Оптимізація розмірів поперечного перерізу балок із перфорованою стінкою

Автор(и)

  • Віталіна Віталіївна Юрченко Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0003-4513-809X
  • Іван Дмитрович Пелешко Національний університет «Львівська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0001-7028-9653
  • Павло Ростиславович Русин Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0009-0008-1479-2244

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.304803

Ключові слова:

балка з перфорованою стінкою, шестикутні отвори, оптимальне проєктування, змішані змінні, вичерпний пошук

Анотація

Об’єктом дослідження розглядається балка із перфорованою стінкою, в якій отвори у стінці мають форму правильного шестикутника. Балка досліджується на предмет пошуку оптимальних розмірів перерізу. Задача оптимізації формулюється як задача пошуку оптимальних номерів профілів для верхнього і нижнього пояса балки та оптимальної ширини отвору у стінці при забезпеченні необхідної несучої здатності балки. Як критерій оптимальності розглядалась мінімізація об’єму матеріалу балки. Сформульована задача оптимізації розв’язується за допомогою методу вичерпного пошуку. Для сортаменту нормальних двотаврів із паралельними полицями отримані балки із перфорованою стінкою із оптимальними розмірами перерізу залежно від класу сталі, прольоту балки та величини поперечного рівномірно-розподіленого навантаження. Виконані оптимізаційні розрахунки засвідчили, що момент опору балки вдалось збільшити до 35,48…50 % за рахунок застосування перфорованої стінки. Балки із перфорованою стінкою з оптимальними розмірами перерізів при тій самій несучій здатності характеризуються меншими витратами сталі (до 23,19 %) порівняно до двотаврових балок із суцільною стінкою. Аналіз отриманих результатів дозволив розробити рекомендації щодо оптимального розподілу матеріалу в перерізах таких балок. Отримані результати справедливі лише для сортаменту нормальних двотаврових профілів і лише для випадку дії на балку рівномірно-розподіленого навантаження при розкріпленні стиснутого пояса балки із площини згину та перфорації стінки балки отворами у вигляді правильних шестикутників. Саме за таких умов отримані результати можуть бути впроваджені на практиці як на етапі підбору поперечних перерізів досліджуваного класу конструкцій, так і при розробці ефективних сортаментів балок із перфорованою стінкою

Біографії авторів

Віталіна Віталіївна Юрченко, Київський національний університет будівництва і архітектури

Доктор технічних наук, професор

Кафедра металевих і дерев’яних конструкцій

Іван Дмитрович Пелешко, Національний університет «Львівська політехніка»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра будівельного виробництва

Павло Ростиславович Русин, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кафедра динаміки і міцності машин та опору матеріалів

Навчально-науковий механіко-машинобудівний інститут

Посилання

  1. Pavlović, S. (2021). Techno-economic analysis of castellated and solid "I"- profiled steel beams in terms of load capacity and serviceability. STEPGRAD, 1 (13). https://doi.org/10.7251/stp1813739p
  2. Gezentsvey, Y., Olevskyi, V., Volchok, D., Olevskyi, O. (2021). Calculation of the improved steel beams of buildings and structures of the mining and metallurgical complex. Strength of Materials and Theory of Structures, 106, 54–67. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2021.106.54-67
  3. Mahdi, A. S., Alshimmeri, A. J. H. (2023). Analytical study of castellated steel beams with and without strengthening web. AIP Conference Proceedings. https://doi.org/10.1063/5.0171338
  4. Yurchenko, V., Peleshko, I. (2021). Methodology for solving parametric optimization problems of steel structures. Magazine of Civil Engineering, 7 (107). https://doi.org/10.34910/MCE.107.5
  5. Poul, S., Mote, P. S. (2022). Optimization for various parameters of castellated beam containing sinusoidal openings. Journal of emerging technologies and innovative research, 9 (2), a253–a258. Available at: https://www.ijert.org/research/optimization-of-various-parameters-of-castellated-beam-containing-sinusoidal-openings-IJERTV10IS060008.pdf
  6. Kurlapkar, R., Patil, A. (2021). Optimization of various parameters of castellated beam containing sinusoidal openings. International journal of engineering research & technology, 10 (06), 120–123. Available at: https://www.ijert.org/research/optimization-of-various-parameters-of-castellated-beam-containing-sinusoidal-openings-IJERTV10IS060008.pdf
  7. Budi, L., Sukamta, Partono, W. (2017). Optimization Analysis of Size and Distance of Hexagonal Hole in Castellated Steel Beams. Procedia Engineering, 171, 1092–1099. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.01.465
  8. Kaveh, A., Almasi, P., Khodagholi, A. (2022). Optimum Design of Castellated Beams Using Four Recently Developed Meta-heuristic Algorithms. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 47 (2), 713–725. https://doi.org/10.1007/s40996-022-00884-z
  9. Yang, X. (2010). Engineering Optimization. John Wiley & Sons, Inc. https://doi.org/10.1002/9780470640425
  10. Kaveh, A., Kaveh, A., Shokohi, F. (2016). A hybrid optimization algorithm for the optimal design of laterally-supported castellated beams. Scientia Iranica, 23 (2), 508–519. https://doi.org/10.24200/sci.2016.2135
  11. Kaveh, A., Shokohi, F. (2015). Optimum design of laterally-supported castellated beams using CBO algorithm. Steel and Composite Structures, 18 (2), 305–324. https://doi.org/10.12989/scs.2015.18.2.305
  12. Erdal, F., Doğan, E., Saka, M. P. (2011). Optimum design of cellular beams using harmony search and particle swarm optimizers. Journal of Constructional Steel Research, 67 (2), 237–247. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2010.07.014
  13. Sorkhabi, R. V., Naseri, A., Naseri, M. (2014). Optimization of the Castellated Beams by Particle Swarm Algorithms Method. APCBEE Procedia, 9, 381–387. https://doi.org/10.1016/j.apcbee.2014.01.067
  14. Kaveh, A. (2014). Cost optimization of castellated beams using charged system search algorithm. Iranian Journal of Science and Technology - Transactions of Civil Engineering, 38 (C1+), 235–249. Available at: https://www.researchgate.net/publication/266933455_Cost_optimization_of_castellated_beams_using_charged_system_search_algorithm#fullTextFileContent
  15. Kaveh, A., Shokohi, F. (2016). Application of grey wolf optimizer in design of castellated beams. Asian Journal of Civil Engineering (BHRC), 17 (5), 683–700. Available at: https://www.researchgate.net/publication/287865960_Application_of_Grey_Wolf_Optimizer_in_design_of_castellated_beams#fullTextFileContent
  16. Permyakov, V. O., Yurchenko, V. V., Peleshko, I. D. (2006). An optimum structural computer-aided design using hybrid genetic algorithm. Proceeding of the International Conference “Progress in Steel, Composite and Aluminium Structures”, 819–826. Available at: https://www.researchgate.net/publication/318040068_An_optimum_structural_computer-aided_design_using_hybrid_genetic_algorithm#fullTextFileContent
  17. Tanady, K., Suryoatmono, B. (2024). Numerical Study of Behavior of Castellated Beam under Cyclic Loading. Civil Engineering and Architecture, 12 (1), 185–202. https://doi.org/10.13189/cea.2024.120116
  18. Soltani, M. R., Bouchaïr, A., Mimoune, M. (2012). Nonlinear FE analysis of the ultimate behavior of steel castellated beams. Journal of Constructional Steel Research, 70, 101–114. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2011.10.016
  19. Morkhade, S. G., Gupta, L. M. (2019). Behavior of Castellated Steel Beams: State of the Art Review. Electronic Journal of Structural Engineering, 19, 39–48. https://doi.org/10.56748/ejse.19234
  20. Elaiwi, S. S., Kim, B., Li, L. (2019). Linear and Nonlinear Buckling Analysis of Castellated Beams. International Journal of Structural and Civil Engineering Research, 8 (2), 83–93. https://doi.org/10.18178/ijscer.8.2.83-93
  21. Peleshko, I. D., Yurchenko, V. V. (2021). Parametric Optimization of Metal Rod Structures Using the Modified Gradient Projection Method. International Applied Mechanics, 57 (4), 440–454. https://doi.org/10.1007/s10778-021-01096-0
  22. Yurchenko, V. V., Peleshko, I. D., Biliaiev, N. (2021). Application of improved gradient projection method to parametric optimization of steel lattice portal frame. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1164 (1), 012090. https://doi.org/10.1088/1757-899x/1164/1/012090
  23. Jiang, T.-Y., Xu, M.-X., Geng, S., Wang, L. (2024). Calculation of deformation behavior and deflection of regular hexagonal castellated beams considering web weld damage. Engineering Mechanics, 41 (4), 199–209. https://doi.org/10.6052/j.issn.1000-4750.2022.04.0382
  24. 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”. Vol. II. Vilnius: Technika, 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
  25. Yurchenko, V., Peleshko, I. (2022). Optimization of cross-section dimensions of structural members made of cold-formed profiles using compromise search. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (7 (119)), 84–95. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.261037
Оптимізація розмірів поперечного перерізу балок із перфорованою стінкою

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-06-03

Як цитувати

Юрченко, В. В., Пелешко, І. Д., & Русин, П. Р. (2024). Оптимізація розмірів поперечного перерізу балок із перфорованою стінкою. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(7 (129), 6–16. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.304803

Номер

Том 3 № 7 (129) (2024): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Vitalina Yurchenko, Ivan Peleshko, Pavlo Rusyn

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.