Optimisation of steel frame considering inelastic strains and maintenance requirements

Abstract

A developed mathematical model and calculation algorithm for steel frame cross‐sectional optimisation taking into account inelastic strains and maintenance requirements are presented. An evaluation of dissipative features when employing inelastic steel strains results in a significant reduction of frame carrying capacity versus its elastic response. The maintenance requirements of structure involve not only strength but also the stiffness, stability and structural constraints. The latter ones define the minimum cross‐sectional and slenderness values of members. The above‐mentioned factors restrict a free development of plastic strains, thus an optimal structure is in a state prior to plastic failure. The employed values of structural elastic response are functionally related to the optimised parameters, therefore the problem is solved iteratively. A strategy of choosing the limiting and that of starting parameters to handle iterative process ensures a successful problem convergence. A numerical experiment of 10‐storey steel frame optimisation by standard profiles is presented.

Article in Lithuanian.

Plieninių rėmų skerspjūvių optimizacijos uždavinys, įvertinant netampriąsias deformacijas ir eksploatacinius apribojimus

Santrauka. Pateikiamas patobulintas plieninių rėmų strypų skerspjūvių optimizacijos uždavinio matematinis modelis ir skaičiavimo algoritmas, įvertinantis medžiagos netampriąsias savybes ir eksploatacinius reikalavimus. Disipacinių savybių įvertinimas, naudojant netampriąsias plieno deformacijas, lemia reikšmingą laikomosios galios rezervo sumažinimą optimalios tamprios būklės konstrukcijos atžvilgiu. Eksploataciniai reikalavimai, keliami konstrukcijai jos naudojimo laikotarpiu, apima ne tik stiprumo, bet ir deformatyvumo, stabilumo ir konstrukcinius apribojimus. Jie apibrėžia minimalius skerspjūvių parametrus ir elementų ribinius liaunius. Visa tai riboja laisvą plastinių deformacijų plitimą, todėl optimali konstrukcija yra neyramoji tamprioji plastinė. Naudojami tampraus atsako dydžiai funkciniu ryšiu tarp standartinių profilių skerspjūvių optimizuojamų parametrų, todėl uždavinys sprendžiamas iteracijų būdu. Pateikta apribojimų dydžių ir pradinių parametrų parinkimo strategija kryptingam iteracijų proceso valdymui užtikrina sėkmingą uždavinio konvergenciją. Atliktas 10 aukštų rėmo, naudojant standartinius profilius, optimizacijos skaitinis eksperimentas.

Reikšminiai žodžiai: optimizacija, netampriosios deformacijos, tamprioji plastinė konstrukcija, eksploataciniai apribojimai.

First Published Online: 21 Oct 2010

Keyword : optimisation, inelastic strains, elastic-plastic structure, maintenance requirements