Дослідження функції зміни жорсткості перерізу круглих арок зі зварних двотаврів

Abstract

UK: Ціль. Пошук раціональної форми перерізу аркових конструкцій зі зварних двотаврів залишається малодослідженою темою та має ряд задач які потребують уточнень та додаткових досліджень. Такими задачами є вплив розрахункових сполучень навантажень на пошук раціональної функції зміни жорсткості конструкції арки зі зварних двотаврів описаною функцією кола, пошук раціонального перерізу, з точки витрат сталі, для кожної точки дуги арки, а також врахування конструктивних особливостей що виникають при проектуванні арок змінної жорсткості. Цілями статті є визначення видів навантажень, що мають основний вплив на розподіл зусиль в круглих арках, отримання функції розподілу згинальних моментів і поздовжнього стискаючого зусилля від різних комбінацій сполучень навантажень, а також встановлення функції зміни жорсткості аркового елемента зі зварних двотаврів по довжині дуги. Методика. Методикою вирішення поставлених задач були числові дослідження проведені у програмному комплексі «Лира-САПР 2013. ACADEMIC Set», а також аналітичні дослідження функцій розподілу зусиль та зміни жорсткості перерізу по довжині дуги арки. Результати. Визначено види навантажень, що мають основний вплив на розподіл максимальних зусиль в круглих арках, наведено методику пошуку та отримано функцію зміни жорсткості арки по довжині її дуги від дії максимальних розрахункових сполучень навантажень, представлені варіанти можливих конструктивних рішень арок змінної жорсткості. Наукова новизна. Знайдена функція зміни жорсткості арки, яка дозволяє запроектувати раціональну конструкцію із застосуванням різних варіантів конструктивних рішень в місці зменшення перерізу. Наведені приклади зміни жорсткості у верхній третині дуги арки, які є не тільки економічними і технологічно доцільними, в плані виробництва і монтажу поперечників каркасу, але й такими що не порушують архітектурну виразність конструкції та будівлі в цілому. Практичне значення. Наведені можливі конструктивні рішення арок змінної жорсткості та місця розташування монтажних вузлів складових елементів арки. Розроблена методика пошуку раціональних, з точку зору витрат сталі, конструкцій круглих арок змінної жорсткості зі зварних двотаврів, що відкриває шлях до подальшого розвитку теоретичних підходів та проектування даного виду конструкцій.

RU: Поиск рациональной формы сечения арочных конструкций из сварных двутавров остается малоисследованной темой и имеет ряд задач требующих уточнений и дополнительных исследований. Такими задачами есть влияние расчетных сочетаний нагрузок на поиск рациональной функции изменения жесткости конструкции арки из сварных двутавров описанной функцией круга, поиск рационального сечения, с точки расходов стали, для каждой точки дуги арки, а также учета конструктивных особенностей возникающих при проектировании арок переменной жесткости. Целями статьи является определение видов нагрузок, имеющих основное влияние на распределение усилий в круглых арках, получения функции распределения изгибающих моментов и продольного сжимающего усилия от различных комбинаций сочетаний нагрузок, а также установления функции изменения жесткости арочного элемента из сварных двутавров по длине дуги. Методика. Методикой решения поставленных задач были численные исследования проведены в программном комплексе «Лира-САПР 2013 ACADEMIC Set», а также аналитические исследования функций распределения усилий и изменения жесткости сечения по длине дуги арки. Результаты. Определены виды нагрузок, имеющих основное влияние на распределение максимальных усилий в круглых арках, приведена методика поиска и получено функцию изменения жесткости арки по длине ее дуги от действия максимальных расчетных сочетаний нагрузок, представлены варианты возможных конструктивных решений арок переменной жесткости. Научная новизна. Найдена функция изменения жесткости арки, которая позволяет запроектировать рациональную конструкцию с применением различных вариантов конструктивных решений в местах уменьшения сечения. Приведенные примеры изменения жесткости в верхней трети дуги арки, которые являются не только экономическими и технологически целесообразными, в плане производства и монтажа диаметров каркаса, но и такими, что не нарушают архитектурную выразительность конструкции и здания в целом. Практическое значение. Приведены возможные конструктивные решения арок переменной жесткости и точки размещения монтажных узлов составляющих элементов арки. Разработана методика поиска оптимальных, с точки зрениязатрат стали, конструкций круглых арок переменной жесткости из сварных двутавров, что открывает путь к дальнейшему развитию теоретических подходов и проектирование данного вида конструкций.

EN: Purpose. Search rational cross-sectional shape of arch structures of welded I-sections remains uncharted theme and has a number of tasks requiring clarifications and further research. These tasks have estimated: the effect of combinations of loads on the search for a rational function changes the stiffness of arch design of welded I -sections described the circle function. In addition, it is a search for a rational section, in terms of costs of steel, for each point of the arch, and the structural features encountered in the design of the arches of variable stiffness. The purpose of the article is define the types of loads that have a major impact on the distribution of forces in the round arches. In addition, it is obtain the distribution function of bending moments and longitudinal compressive force by various combinations of loads. At last, it is the establishment of the function changes the stiffness of the arch to the arc length. Methods. Methodology for solving the problems of numerical studies has conducted in the program complex "LiraCAD 2013 ACADEMIC Set», as well as analyzes of functions distribution efforts and changes in the stiffness of the cross section along the length of the arch. Results. The types of loads that have a major impact on the distribution of the maximum effort in the round arches. Shows the search procedure of stiffness changes obtained by the function of the arch length of action maximum design load combinations. Presents options for the possible design solutions arches of variable stiffness. Scientific novelty. Shows changes the stiffness of the arch, which allows the rational design using different variants of design solutions in the field reducing section. These examples the stiffness changes in the upper third of arches which are not only economic and technically feasible in terms of manufacture and mounting frame diameters, but such that the expression does not violate architectural and building construction in general. The practical significance. Presents design solutions arches of variable stiffness and point placing assemblies of the constituent elements of the arch. Developed the method of searching for optimal cost of steel constructions of round arches of variable stiffness of welded I-beams, which opens the way to further development of the theoretical approaches and the design of this type of structures.