Rational constructive solution of protective structures of covering trusses under dynamic loads

Authors

Keywords:

steel structures, rational design, dynamic loads, trusses

Abstract

The article presents the results of studies on the search for rational parameters of protective structures of small-span roof trusses under dynamic loads. The main properties of such structures, the requirements they must meet, and the adopted provisions are considered. The main principles of designing protective structures of steel structure roofs are formulated to ensure the required strength and stability of the structure under impulse loads. The aim of the work is to develop a methodology for alternative design to determine the rational (limitedly optimal) height of a steel truss roof with a cross lattice under short-term impulse loads. For the selected type of structure with known general parameters of the structure, the main technical solutions are adopted in alternative design. According to the refined classification, the technical and economic criteria for comparing alternatives are described by various functions: static, dynamic, convex non-convex, polymodal, nonlinear, discrete, discontinuous, undifferentiated and partially separable. The search for a global optimum of such target functions for a generalized problem of optimal design of a spatial structural system using existing analytical methods has certain difficulties. This is due to the fact that various design solutions with different topology, different calculation schemes and a discrete set of geometric characteristics of element sections cannot be reduced to the description of a single system of functional dependencies, since private criteria of parameters of individual equations depend on different variables. It is known that in a weakly structured problem, parametric dependencies between ascending and variable parameters are described not only by explicit analytical expressions, but also by discrete mathematics methods based on predicate calculation, and the functions of private comparison criteria are algorithmic. For the variant design and determination of the rational height of the steel truss, a beam analogy is used. As a calculation scheme, a calculation scheme of an ideal I-beam is adopted taking into account the shear deformation of the cross section. Shear deformations of the section take into account the increase in deflections of the beam-rod steel truss relative to the I-beam. The target function of steel consumption is recorded depending on the height and purlin of the steel roof truss, the dynamic factor is also taken into account. Analytical dependencies for determining the height of trusses are obtained, taking into account their dynamic characteristics with additional load from the action of a blast wave at the end of the roof block. The target criterion is the mass of structures, which allows us to move on to cost indicators.

References

Білик А.С. Вибір оптимального конструктивного рішення ферм покриття в експертній системі автоматизованого оптимального проектування. Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. 2009. № 5. С. 32-39

Білик А.С. Визначення оптимальних конструктивних рішень ферм у експертній системі одностадійного оптимального проектування. Зб. наук.праць УНДПІСК ім. В.М.Шимановського. 2009, вип. 4. С. 119-132

Білик А. С. Вибір оптимальних конструктивних рішень при аналізі якісних умов проектування. Будівельні конструкції. 2005, вип. 63. С. 335-340

Рекомендації з проектування раціональних металевих несучих конструкцій перекрить та покрить / В.О. Пермяков, М.В. Гоголь. Львів: Видавництво Національного університету „Львівська політехніка”, 2006. 24 с.

Білик А.С., Пермяков В.О. Експертне моделювання вибору оптимальних рішень плоских сталевих зварних конструкцій. Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. 2008, вип. 16, Ч.2. С. 295-302

Бейко І.В., Зінько П.М., Наконечний О.Г. Задачі, методи і алгоритми оптимізації: навчальний посібник. Рівне: НУВГП, 2011. 644 с. https://ep3.nuwm.edu.ua/2017/1/715823%20zah.pdf

Yurchenko V. V., Peleshko I. D.. Searching for optimal prestressing of steel bar structures based on sensitivity analysisfile. Archives of Civil Engineering. 2020, Vol LXVI, Issue 3, р. 525-540.

Permyakov V.O., Yurchenko V.V., Peleshko I.D. An optimum structural computer-aided design using hybrid genetic algorithm. Proceeding of the International Conference “Progress in Steel, Composite and Aluminium Structures”. Taylor & Francis Group, London, 2006, p. 819-826.

Лавріненко Л., Олійник, Д. Області оптимальних параметрів сталевих гофрованих балок. Будівельні конструкції. Теорія і практика. 2020, (7), C.45–56. https://doi.org/10.32347/2522-4182.7.2020.45-56

Білик С.І. Методика визначення оптимальної висоти сталевої двотаврової балки зі змінним перерізом стінки при розвитку обмежених пластичних деформацій. Збірник наукових праць Українського інституту сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського. 2012. Вип.9. С. 28-33 URL: https://www.urdisc.com.ua/rl/info/9'2012.pdf

Білик С.І., Недоходюк І.Д. Раціональні сталеві елементи рам двотаврового перерізу зі змінною висотою стінки. Зб. наук. праць Українського інституту сталевих конструкцій ім. В.М. Шимановського. 2009. Вип.4. C. 133-142. URL: https://www.urdisc.com.ua/rl/info/4'2009.pdf

Білик С.І., Айед Альтайе Н., Лавріненко Л.І. Конструктивні коефіцієнти та раціональна висота сталевої коробчастої балки постійного перерізу. Будівельне виробництво. 2017. № 62/1. С. 33-38

Гордеєв В.М. Елементарні задачі оптимізації двотавра. Зб. наук. праць Українського інституту сталевих конструкцій ім. В.М. Шимановського. 2009. Вип. 3. С. 27-48

Пермяков В.А., Перельмутер А.В., Юрченко В.В. Оптимальне проектування сталевих стержневих конструкцій. К., Сталь, 2008. 538 с.

Sudeok S., Sengwook J., Seungjae L. Minimum Weight Design of Sinusoidal Corrugated Web Beam Using Real-Coded Genetic Algorithms. Mathematical Problems in Engineering. 2017, 9184292, 13 p. DOI:10.1155/2017/ 9184292

Металеві конструкції: Загальний курс: Підручник для вищих навчальних закладів / Нілов О.О., Пермяков В.О., Шимановський О.В., Білик С.І., Лавріненко Л.І., Бєлов І.Д., Володимирський В.О.; під заг. редакцією О.О. Нілова та О.В. Шимановського, видання 2-е. К.: Сталь, 2010. 869 с.

Опір матеріалів: Підручник / Г.С. Писаренко, О.Л. Квітка, Е.С. Уманський; під ред. Г.С. Писаренка. К.: Вища школа, 2004. 655 с.

Деякі питання інженерного захисту критичної інфраструктури: Постанова Кабінету Міністрів України від 26.04.2024 р. № 471.

Основи інженерного захисту об'єктів критичної інфраструктури енергетичної галузі України від засобів повітряного нападу противника: монографія / М.В. Коваль та ін.; під ред. А. С. Білика. К.: Ліра-К, 2023. 185 с.

ДБН А.2.2-3:2014 Склад та зміст проектної документації на будівництво. Зі Змінами № 1 та № 2. [Чинний від 2022-07-01]. URL: https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=58105 (Інформація та документація).

Published

2025-01-05

How to Cite

BILYK, A. ., & TERNOVIУ M. . (2025). Rational constructive solution of protective structures of covering trusses under dynamic loads. Ways to Improve Construction Efficiency, 1(54), 57–69. Retrieved from http://ways.knuba.edu.ua/article/view/320254