Оптимизация структуры трубчатых ферм с бесфасоночным узловым соединением стержней тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Зинькова Виктория Анатольевна

• Зинькова Виктория Анатольевна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Зинькова Виктория Анатольевна

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОПТИМИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ ПЛОСКИХ ФЕРМ

1.1.Аналитический обзор литературы в области оптимизации несущих конструкций

1.2. Постановка оптимизационных задач при преобразовании структуры конструкции

1.3. Функционирование бесфасоночного узлового соединения в составе типовой трубчатой фермы

1.4. Анализ конструктивных решений узловых соединений трубчатой фермы и методов их расчета

Выводы

2. ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ ФЕРМ С БЕСФАСОНОЧНЫМ К-ОБРАЗНЫМ УЗЛОВЫМ СОЕДИНЕНИЕМ СТЕРЖНЕЙ

2.1. Вариационные постановки задач структурного синтеза, касающихся определения оптимальной структуры конструкций

2.2. Особенности влияния проблемы устойчивости сжатых стержней на синтез металлических ферм

2.3. Методика определения оптимальной структуры плоских ферм

2.3.1. Функции и матрицы влияния усилий в стержнях

2.3.2. Вариации элементов решетки и верхнего пояса

2.3.3. Численный эксперимент по определению структуры фермы

2.3.4. Статически неопределимая ферма за рамками оптимального решения

2.4. Сокращение числа сжатых стержней в ферме

2.4. Оптимизация нагружения металлических ферм

2.5. Оптимальное решение трубчатой ферм с бесфасоночным К-образным узловым соединением стержней

Выводы

3. ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ФЕРМЫ С К-ОБРАЗНЫМ УЗЛОВЫМ СОЕДИНЕНИЕМ СТЕРЖНЕЙ

3.1.Общие сведения о методике исследования НДС

3.2. Влияние условий сопряжения стержней в ферме на напряженно-деформированное состояние их узловых соединений

3.3. Объект численных исследований и его граничные условия

3.4. Анализ результатов численных исследований К-образных бесфасоночных узловых соединений

3.5. Рекомендации по конструированию и расчету оптимальной фермы с новым бесфасоночным узловым соединением стержней

Выводы

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УЗЛОВ НИЖНЕГО ПОЯСА ТРУБЧАТОЙ ФЕРМЫ

4.1. Цель и объект исследования

4.2. Конструкция испытательного стенда и размещение в ней узлового соединения

4.3. Методика проведения экспериментальных исследований

4.4. Обработка результатов и анализ экспериментальных исследований

4.5. Определение несущей способности бесфасоночных узловых соединений фермы

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение

Приложение II

Приложение Ш

Приложение IV

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация структуры трубчатых ферм с бесфасоночным узловым соединением стержней»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Анализ динамики российских и европейских рынков позволил выявить рост инвестиций в строительство спортивно-оздоровительных комплексов, торгово-развлекательных и бизнес-центров, промышленных, складских и прочих объектов.

Перспективным научно-техническим направлением в развитии металлоконструкций является разработка и внедрение легких конструкций зданий и сооружений, позволяющих рационально использовать материальные ресурсы.

Массовое применение легких ферм из трубчатого профиля, обусловленное быстрыми темпами возведения в сочетании с высокой технологичностью, эксплуатационной надежностью и долговечностью, минимальным количеством элементов и сварных швов, преимуществом при нанесении покрытий, увеличением освещенности, малым аэродинамическим сопротивлением, а также современным архитектурным дизайном, приводит к удешевлению строительства по сравнению с применением традиционных материалов на 25-30%, а в некоторых случаях до 40 % .

Заслуживают внимания фермы из гнутосварных замкнутых профилей, проектируемые с бесфасоночным узловым соединением стержней. В целях упрощения конструкции узла принимают треугольную решетку без дополнительных стоек, для которой характерно примыкание к поясу не более двух элементов.

Использование упомянутых конструкций ферм сдерживается отсутствием методики формирования их структуры, обеспечивающей надлежащие технико-экономические показатели и, в первую очередь, расход материла. Это определяет актуальность темы диссертации.

Степень разработанности темы исследования. Проектирование конфигурации фермы включает определение ее структуры, геометрии и параметров элементов. И если последние две категории проектной задачи стали повседневной заботой инженеров, то оптимизацией структуры стержневых систем стали заниматься совсем недавно. Эта проблема для настоящего времени становится первостепенной в деле создания оптимальной конструкции. Естественно, темы работ в этом направлении являются актуальными.

Проблеме оптимизации структуры несущих конструкций и экспериментально-теоретическим исследованиям трубчатых ферм, включая их узловые соединения, уделяли внимание такие ученые, как В.В.Бирюлев, И.И. Ведяков, Э.Ф. Гарф, Д.К. Журавский, В.В. Зверев, С.А. Ильясевич, Г.И. Кекс, Д.Г. Копаница, И.Л. Кузнецов, И.В. Левитанский, А.С. Марутян, А.В. Мухин, В.И. Новиков, А.А. Свентиков, В.В. Севрюгин, А.И. Скляднев, Ю.В. Соболев, А.А. Соколов, А.Г. Тамразян, И.С. Холопов, Б.С. Цетлин, В.В. Чедрик, В.Г. Шухов, Н.М. Шейнфельд, А.Г. Юрьев, В. Бадер, Я. Брудка, К. Мажид и др.

Обладая указанными выше преимуществами, трубчатые фермы не застрахованы от аварий, которые вызываются зачастую разрушением их узлов. Это объясняется тем, что их несущая способность в большей мере определяется прочностью их узловых соединений, представляющих сложную пространственную конструкцию с высоким градиентом напряжений. Как установлено, разрушение узлов связано со снижением пластических свойств стали при наличии значительных концентраций напряжений, возникающих вследствие передачи усилий от сжатого элемента решетки к растянутому через пояс фермы и сварные швы.

Обеспечение прочности узлового соединения в ферме также необходимо вести с позиций надлежащей оптимизации его структуры. Это стало возможным в последние три десятилетия, когда были изобретены соответствующие проблеме высокопроизводительные программные средства. Такого рода исследования являются актуальными.

Упрощенные методики расчета ферм позволяют использовать идеализированные шарнирные сопряжения стержней в узле при определении продольных усилий в элементах ферм, если отношение высоты сечения элемента к его длине М<1/10.

Постановка и решение задачи оптимизации структуры стержневой конструкции сопряжены в данной работе с теоретическими и экспериментальными исследованиями трубчатых ферм с бесфасоночным узловым соединением стержней. Именно такого рода фермы оказались прогрессивными конструкциями и заслуживают дальнейшего совершенствования.

Объект исследования - трубчатые фермы с бесфасоночным узловым соединением стержней.

Предметом исследования является оптимальная структура фермы, включая бесфасоночное узловое соединение стержней.

Научно-технические гипотезы диссертации заключаются в возможности оптимизации трубчатых ферм за счет сокращения числа сжатых стержней в узле и ориентации материала на силовое поле.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является оптимизация структуры конструктивной схемы фермы и ее бесфасоночного К-образного узлового соединения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка методики решения задачи оптимизации структуры плоской фермы при заданной нагрузке на основе вариационных принципов синтеза конструкций.

2. Решение проблемы безопасной устойчивости сжатого стержня, находящегося в системе стержней металлической фермы.

3. Оптимизация конструкции трубчатой фермы с локальным использованием нового типа бесфасоночного узла.

4. Формирование расчетной модели конструкции узлового соединения и методики исследования его напряженно-деформированного состояния (НДС).

5. Разработка конструкции испытательного стенда, методики проведения эксперимента с учетом специфики разработанного конструктивного решения узла. Сопоставление результатов численных и экспериментальных исследований. Разработка рекомендаций по проектированию и расчету оптимальной конструкции фермы с бесфасоночными узлами.

Научную новизну работы составляют:

- методика определения оптимальной структуры плоской фермы при заданной нагрузке на основе вариационных принципов синтеза конструкций;

- трансформирование функционалов вариационной задачи синтеза конструкций применительно к решению проблемы безопасной устойчивости сжатых стержней металлической фермы;

- оптимальная трубчатая ферма с бесфасоночными К-образными узлами;

- пространственная модель и алгоритм расчета узлового соединения в составе фермы;

- результаты численных и экспериментальных исследований НДС моделей бесфасоночных узлов.

Теоретическое и практическое значение работы. Предложено теоретическое решение задачи оптимизации структуры плоских трубчатых ферм с бесфасоночным узловым соединением стержней на основе вариационных принципов структурного синтеза. Оптимальные схемы ферм с разработанным узловым бесфасоночным соединением стержней рекомендуются для использования при конструировании трубчатых ферм для складских и торгово-развлекательных помещений, одноэтажных промышленных зданий. В проектной работе могут быть применены методика расчета и конструирования трубчатых ферм с бесфасоночными узлами.

Методология и методы исследования. Использованы методология решения задач расчета и структурного синтеза строительных конструкций, базирующаяся на вариационных принципах строительной механики, а также современные численные и экспериментальные методы исследования НДС строительных конструкций.

На защиту выносятся:

- методика оптимизации структуры плоской трубчатой фермы при заданной нагрузке;

- решение проблемы безопасной устойчивости сжатого стержня, находящегося в системе стержней металлической фермы;

- оптимизация фермы с бесфасоночными К-образными узловыми соединениями;

- результаты численных исследований НДС моделей бесфасоночных узловых соединений;

- результаты экспериментальных исследований бесфасоночных узловых соединений фермы.

Обоснованность и достоверность научных исследований обеспечивается использованием общепринятых предпосылок современной теории расчета конструктивных систем с привлечением основных положений механики деформируемого твердого тела, а также сопоставлением полученных результатов численных и экспериментальных исследований.

Внедрение результатов работы осуществлено в проектных компаниях ООО «Гарант-проект» при разработке рабочей документации и расчете несущих стержневых конструкций актового зала на 368 мест в Старооскольском медицинском колледже,

ООО «ЭкспертПроект» при конструировании и расчете стропильных ферм и ООО «ЛеРа Проект» при проектировании трубчатых ферм для предприятия по производству мебели, а также в учебный процесс по направлению «Строительство» в БГТУ им. В.Г. Шухова.

Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на Международных научно-практических конференциях: «Современные строительные материалы, технологии и конструкции» (г. Грозный, 2015); «Современные направления теоретических и прикладных исследований» (г. Одесса, 2015); «Наукоемкие технологии и инновации» (г. Белгород, 2016, 2019), «Наука и инновации в строительстве» (г. Белгород, 2017), «Инновационные машиностроительные технологии, оборудования и материалы - 2022» (г. Казань, 2022).

В полном объеме диссертационная работа доложена и одобрена на расширенном заседании кафедры «Теоретическая механика и сопротивление материалов» БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород, 2022) и кафедре «Конструктивно-дизайнерское проектирование» КФУ (Казань, 2022).

Публикации работы. По теме диссертации опубликовано 24 работы, в том числе 11 статей - в журналах, входящих в перечень ВАК РФ, и две статьи - в журналах, включенных в базу данных и систем цитирования Scopus/Web of Science. Получен патент Российской Федерации на изобретение и 3 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад автора. Содержание диссертации отражает личный вклад автора на всех этапах процесса выполнения работы: в выборе объекта и методов исследования, разработке основных положений, определяющих научную новизну и практическую значимость, в разработке методики оптимизации структуры и конструирования ферм с бесфасоночным К-образным узловым соединением стержней, проведении, обобщении и анализе теоретических, численных и экспериментальных исследований.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Вся работа изложена на 158 страницах, включающих 20 таблиц, 55 рисунков, список литературы из 167 наименований и четыре приложения.

Во введении изложена актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна, указаны положения, выносимые на защиту,

обоснование и достоверность научных исследований, практическая ценность, упомянуты апробация работы и количество публикаций, а также показаны структура, объем и краткое содержание диссертации.

В первой главе изложен анализ современного состояния проблемы оптимизации структуры несущих конструкций, в частности, плоских ферм. Уделено внимание существующим экспериментально-теоретическим исследованиям трубчатых ферм с бесфасоночными узловыми соединениями. Приведены анализ конструктивных решений бесфасоночных узловых соединений, а также их функционирование в составе трубчатой фермы.

Вторая глава посвящена разработке методики решения задачи оптимизации структуры несущих конструкций, в частности, ферм. В основу критерия оптимальности положен вариационный принцип структурного синтеза конструкций, который сводится к минимуму потенциальной энергии системы. Предложена оптимальная конструкция трубчатой фермы и разработан новый тип бесфасоночного соединения ее элементов. Предложен алгоритм оптимизации трубчатых ферм с бесфасоночными узловыми соединениями с учетом устойчивости сжатых стержней.

В третьей главе приведены методика и результаты численных исследований НДС компьютерных трехмерных моделей узлов, проведенных с помощью программного комплекса «Лира». Выполнено сопоставление разработанного узлового соединения с традиционным аналогом. Предложены рекомендации по расчету и конструированию трубчатых ферм с бесфасоночными К-образными узловыми соединениями.

В четвертой главе предложена методика и результаты экспериментальных исследований НДС бесфасоночных узловых соединений элементов трубчатой фермы. Приведено сопоставление результатов численных и экспериментальных исследований.

В заключении приведены общие выводы по работе, а также рекомендации по использованию ее результатов, перспективы дальнейшей разработки темы диссертационной работы.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОПТИМИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ ПЛОСКИХ ФЕРМ

1.1. Аналитический обзор литературы в области оптимизации несущих

конструкций

В середине XIX века в мостостроении произошел переход от деревянных ферм к металлическим. Развитие металлургии сделало возможным переход от чугуна к сварочному железу, а затем к более однородному и прочному материалу - литому железу.

Под влиянием работ Д.К. Журавского в 50-х годах XIX столетия раскосы перестали рассматриваться как вспомогательные элементы, соединяющие пояса. Было признано их функционирование как основных элементов. Следующим шагом было установление различия между растянутыми и сжатыми раскосами. Первые оставались плоскими, вторые проектировались с обеспечением необходимой жесткости в двух направлениях.

На практике эта идея была впервые реализована русским инженером С.В. Кербедзом. Построенный им в 1853-1857 гг. мост через реку Лугу стал первым в Европе мостом большого пролета из металлических ферм. С точки зрения структуры в нем впервые были введены соединительные решетки между стенками раскосов и применены жесткие профили для сжатых раскосов.

В дальнейшем под термином «структура» (от лат. structure - строение, расположение, порядок) мы будем понимать совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих его целостность и тождественность самому себе, т.е. сохранение основных свойств при различных внешних и внутренних изменениях. В ряде случаев структура идентифицируется с термином «топология» [145, 148].

Эволюции структуры ферм от многорешетчатой системы с ее густым заполнением между поясами к современным ажурным фермам в большой мере содействовал, начиная с конца 60-х годов XIX века, профессор Н.А. Белелюбский, которому принадлежит много проектов металлических мостов, построенных на российских железных дорогах. По его проектам был построен в 1875-1881 гг. мост через Волгу у Сызрани, имевший 11 пролетов по 111 метров каждый и явившийся самым

большим мостом в Европе. Фермы имели параллельные пояса и сравнительно простую двухраскосную решетку. Более простая структура, с использованием треугольной решетки, применена в 1890 году для моста через Неман на обычной дороге.

Совершенствование конструкций ферм шло по мере их практического использования. Широкое применение они по-прежнему находили в мостостроении. Российский инженер и ученый Л.Д. Проскуряков одним из первых в европейской практике отказался от сложных по конструкции и расчетам мостовых ферм с насыщенной решеткой. Он предложил ферму с простой решеткой и в 1887 году внедрил ее при строительстве железнодорожного моста через реку Сулу в городе Ромны. Этот проект положил начало новому направлению в мостостроении.

В дальнейшем Л.Д. Проскуряков устанавливает, что ферма в арочном исполнении приобретает еще большую эффективность, и сооружает несколько арочных мостов на Москве-реке, которые оправдывают его расчеты и ожидания. Ученый в течение сорока лет проектировал мосты различных пролетов от 20 до 145 метров. Легкие и рациональные по восприятию нагрузки, «проскуряковские фермы» нашли использование на российских и зарубежных железных дорогах.

В проекте пролетного строения Енисейского моста пролетом 144,5 метра Проскуряков применил новую конструкцию - оригинальную шпренгельную ферму, придав ее верхнему поясу ломаное очертание. Ее расчет был произведен по линиям влияния, что позволило с большой точностью определить усилия от подвижной нагрузки.

В 1897 году вышла в свет книга В.Г.Шухова «Стропила», в которой изложена его теория арочных ферм. Строго научно доказав известный из практики факт, что наиболее рациональной является ферма с параболическим очертанием верхнего пояса, Шухов нашел способ глубокого совершенствования конструкции путем замены традиционных раскосов, испытывающих сжатие и требующих решения проблемы устойчивости равновесия, системой легких лучевых затяжек из предварительно напряженного металла, испытывающих растяжение - самый выгодный для элементов конструкции вид усилия.

В книге В.Г. Шухова «Стропила» практически впервые поставлены и решены задачи оптимизации конструкции посредством совершенствования расположения ее частей. Сам автор пишет об этом так: «...предложен выработанный мною

аналитический расчет стропильных ферм, который дает ответ на вопросы об определении усилий, воспринимаемых на себя различными частями фермы, об определении веса этих частей и о назначении в проекте наивыгоднейшего геометрического расположения всех частей фермы, при котором вес употребленного на устройство фермы металла был бы наименьшим».

По существу, В.Г. Шухов рассмотрел вопрос об оптимальной структуре, если под ней понимать наивыгоднейшее расположение узлов и способ их соединения между собой для образования геометрически неизменяемой конструкции. Путем варьирования количества узлов и стержней, а также их расположения, находят оптимальную структуру.

Обстоятельные теоретические исследования по структуре стержневых конструкций начались со второй половины XX века. В книге К. Мажида [64] приведены формулировки и доказательства трех теорем о структурных изменениях, показано применение этих теорем к оптимизации топологии шарнирных конструкций. Изложено исследование топологических изменений в конструкциях, с тем чтобы выяснить главные факторы, влияющие на их функционирование.

Примером структурных процедур может служить конструктивное решение стального каркаса многопролетного здания [96]. Его отличительной особенностью является отсутствие подстропильных ферм и вертикальных связей. «Несущая конструкция в этом случае представляет собой V-образные колонны, распорки между ними и стропильные фермы. Для предлагаемой схемы каркаса составлено аналитическое выражение массы и решена задача нахождения оптимального угла наклона ветвей V-образных колонн по критерию минимума массы. Приводится численный пример нахождения оптимального угла наклона ветвей колонны».

Важным фактором в решении проблемы оптимизации структуры конструкций явилось установление универсального энергетического критерия оптимальности [138], позволившего отойти от установившейся весовой оптимизации. По этому критерию, минимуму потенциальной энергии системы, допускающей варьирование ее конфигурации, соответствует минимум расхода материала. При весовой оптимизации этот показатель достигается лишь в исключительных случаях. Энергетический критерий получил развитие в работах [70, 126].

Законы структурообразования, вытекающие из вариационных принципов синтеза несущих конструкций [138], которые в свою очередь базируются на общефизическом принципе стационарного действия, прослеживаются в организации природы [139]. На нем основан процесс «обволакивания» материей силового поля в организмах [162]. Постоянное функциональное раздражение вызывает усиление действующего органа путем повышения постановки необходимого вещества. Оно переносится из других органов, в которых наоборот, отсутствует раздражение.

В работе [106] проблема структурообразования ферм решается на основе генетических алгоритмов. Рассмотрен пример оптимизации плоской линзообразной фермы пролетом 72 метра. Получен наиболее приемлемый вариант шпренгельной решетки для панельной фермы. Предложены оптимальные сечения ее элементов в виде трубчатых профилей. Эволюционный алгоритм оптимизации стержневой системы рассмотрен в работе [134].

Научная отрасль оптимизации структуры континуальных несущих конструкций получила интенсивное развитие в последние три десятилетия, когда были изобретены соответствующие проблеме высокопроизводительные вычислительные машины [117, 131, 132].

Работа [151] явилась в некотором роде основополагающей в данной отрасли знаний. Заданная проектная область разбивается на конечные элементы, после чего вводится функция плотности материала, характеризующая его распределение по проектной области. Оптимальное распределение плотности по элементам производится при ограничениях на главные напряжения.

Этот так называемый метод гомогенизации получил развитие в статье [156] и завершенное оформление в монографии [153]. Основным его недостатком является чередование областей с высокой и низкой плотностью материала. Это вызывает трудности при практическом воплощении теоретических результатов.

Последующим шагом в решении проблемы явились так называемые симплекс-методы оптимизации структуры [152, 162, 163, 165]. Рассматриваемая область разбивается на конечные элементы с переменной плотностью материала для каждого элемента. При этом модуль упругости материала локально связан степенным законом с плотностью материала элемента. В качестве оптимизируемой функции рассматривается потенциальная энергия системы или перемещение узлов, а ограничение накладывается

на объем используемого материала. Эта установка соответствует вариационному принципу синтеза несущих конструкций, предложенному в работе [ 138] и используемому также в работах [41, 167].

Приближенные численные решения задач оптимизации структуры, формулируемые в стандартном виде минимизации целевой функции с учетом ограничений на напряжения, рассмотрены в работах [39, 97].

С практической точки зрения представляет интерес работа [154]. В ней представлена методология контроля сложности конструкций, проектируемых с оптимальной структурой. Этот контроль оправдан экономией средств при изготовлении конструкции путем уменьшения ее сложности. Предложена методика градиентного контроля (фильтра), который можно использовать при произвольной сетке.

Особое место занимает работа [164]. При оптимизации структуры решетчатых рам используются стержневые и континуальные элементы. При синтезе рамы, являющейся составной частью высотного здания, использованы четырехузловые четырехугольные и двухузловые балочные конечные элементы. Однако полученные решения носят пока декларативный характер и далеки от практического воплощения.

Представляют практический интерес с позиций оптимального структурообразования работы [65, 66, 88, 107, 118, 150, 159]. При рассмотрении работ по оптимизации топологии континуальных систем преследовалась цель использования их в дальнейшем при формировании новых типов узла в составе трубчатой фермы.

1.2. Постановка оптимизационных задач при преобразовании структуры

конструкции

Проблема эволюции материи связана с категориями функции и формы. Функция (от лат. Шп^ю - совершение, исполнение) есть отношение двух (группы) объектов, в котором изменению одного из них сопутствует изменение другого. Термин «форма» связан с понятием структуры. В узком смысле он означает внешний вид, очертания предмета; форма оказывается как бы средним звеном между структурой и пространством.

Отношение функции и формы характеризуется единством, доходящим до их перехода друг в друга, однако это единство является относительным. Во

взаимоотношении функции и формы функция представляет подвижную, динамическую сторону целого, а форма охватывает систему устойчивых связей предмета. Возникающее в ходе развития несоответствие функции и формы в конечном счете разрешается «отбрасыванием» старой и возникновением новой формы, адекватной развившейся функции.

Творческий подход к практической реализации теории структурного синтеза основан на анализе влияния структуры и геометрии конструкции на ее эксплуатационное состояние. В процессе анализа мы часто сталкиваемся с фактами, когда количественное изменение какого-либо параметра ведет к качественным изменениям поведения конструкции. Из сравниваемых конструктивных решений лучшим будет то, в котором желаемая цель (прочность, надежность функционирования) достигается не за счет количественных изменений, выражающихся в наращивании размеров элементов и применении более прочного материала, а, главным образом, с помощью конструктивной формы, т.е. качественного изменения строения, сооружения.

Структурный синтез означает создание конструкции, которая в пределах оговоренных требований эффективно выполняет функциональное назначение.

Проектирование конфигурации конструкции включает определение ее структуры (топологии), геометрии и параметров элементов. Под структурой, в частном определении, мы понимаем предопределение числа узлов и способ их соединения между собой для образования геометрически неизменяемой конструкции. Если расположение узлов конструкции на этапе задания топологии может быть выбрано неопределенное, то в дальнейшем они должны занять конкретное положение и обусловить позиции элементов, т.е. составить геометрию конструкции. Определение параметров элементов включает установление размеров сечений стержней, толщин пластинок и оболочек и т.д. На практике иногда структуру и геометрию принимают заданными. Это обуславливает самый низкий уровень постановки оптимизационной задачи.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Зинькова Виктория Анатольевна, 2023 год

// »

у

У'

У У'

> ✓

У

/ / /

/ /

000 0.015 0.030 0.045 0.060 0.075 0.090 0.105 0.120

ДЬу, мм

— •- Лира Ж Лира * — •— 3 — •— (4) Ж 3* Ж (4)* Рисунок 4.7 — Зависимость Г- ДЬУ (сила - перемещение) для сжатого раскоса

Рисунок 4.8

- Эпюры перемещений контура поперечного сечения пояса, мм

Традиционный узел по сравнению с новым решением оказался более податливым.

Основные тензодатчики.

В данной работе в качестве основных рассмотрены тензодатчики, расположенные в местах концентрации напряжений, выявленных с помощью численного метода расчета узлов фермы. Их результаты приведены в прил. III (таблицы III.2-III.5, рисунок III.1).

Как видно из рисунков 3.13 - 3.14, расхождение между результатами численных и экспериментальных исследований для пояса составляет не более 12 %, что считается приемлемым для рассматриваемого типа экспериментов. Напряжения в поясе нового конструктивного решения узла в 2,5-3,4 раза меньше, чем в типовом.

Экспериментальный анализ функционирования исследуемых узлов при статической нагрузке подтвердил предположение о линейно-упругом деформировании материала (см. рисунок III.1).

В раскосах в месте примыкания их к поясу осевые напряжения распределяются крайне неравномерно (рисунок 4.9). При этом характер распределения напряжений по сечениям для обоих решений относительно одинаков. Наибольший уровень напряжений наблюдается в носке и под пяткой. На гранях раскоса, параллельных плоскости узла, напряжения существенно меньше.

В традиционном решении наиболее нагруженным является носок растянутого раскоса (расхождение в 3,6 раза), а в разработанном - носок и пятка (расхождение в 1,7 раза). Это объясняется тем, что первое решение имеет высокую деформативность пояса в месте примыкания раскосов.

Рисунок 4.9 - Эпюры напряжений Ох в раскосах в местах примыкания их к нижнему поясу (в скобках указанны результаты численных исследований)

4.5. Определение несущей способности бесфасоночных узловых соединений фермы

Несущая способность исследуемых узловых соединений определялась по первой группе предельных состояний. Исчерпание несущей способности соответствовало нагрузке на раскосы: в традиционном узле - 68 кН, а в разработанном - 96 кН. Таким образом, несущая способность последнего больше в 1,4 раза.

Разрушение традиционного узлового соединения произошло в результате потери устойчивости верхней стенки пояса в области примыкания к нему раскосов. Дальнейшее увеличение нагрузки (до 82 кН) привело к отрыву растянутого раскоса в зоне носка по контуру сварного шва (рисунок 4.10).

Рисунок 4.10 - Разрушение традиционного узлового соединения фермы

Характер деформирования узлов, полученный в результате численных и экспериментальных исследований, одинаков. Верхняя грань пояса в месте примыкания раскосов неравномерно деформируется по направлению линии действия нагрузки сжатого и растянутого раскосов. Происходит явно выраженное вдавливание боковых стенок пояса под растянутым раскосом и выпучивание - под сжатым.

Разрушение разработанного узлового соединения (рисунок 4.11) произошло в результате потери устойчивости верхних граней пояса в месте примыкания к ним сжатого раскоса. Дальнейшее увеличение нагрузки не проводилось ввиду отсутствия технической возможности.

Рисунок 4.11 - Разрушение разработанного узлового соединения фермы

Напряженно-деформированные состояния разработанного узлового соединения, полученные при численных и экспериментальных исследованиях, сопоставимы. Верхние стенки пояса искривляются внутрь контура сечения под растянутым раскосом, наружу - под сжатым. Визуально деформирование раскосов при испытании обоих вариантов узлов не наблюдалось.

В результате экспериментальных исследований установлено, что податливость пояса с новыми узлами значительно меньше традиционных. Это сказывается на снижении податливости всей фермы, и, свою очередь способствует возможности уменьшения высоты фермы, то есть снижению металлоемкости.

Выводы

1. Предложена методика проведения экспериментальных исследований узлового соединения фермы. Разработана конструкция испытательного стенда, отвечающая специфике экспериментов с узлами ферм.

2. Установлена идентичность результатов, касающихся НДС, полученных в ходе экспериментальных и численных исследований (расхождение не превышает 12%).

3. Основными причинами возникновения предельного состояния являются: в традиционном решении - потеря устойчивости верхней стенки пояса в месте примыкания к нему раскосов, в разработанном - потеря устойчивости верхних граней пояса под сжатым раскосом, что также не противоречит результатам численных исследований.

4. Несущая способность исследуемых узлов разработанного решения конструкции фермы превышает несущую способность традиционного решения в 1,4 раза.

5. Податливость пояса с разработанными узлами значительно меньше, что сказывается на снижении податливости всей фермы, и, в свою очередь, способствует уменьшению высоты фермы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Общие выводы по работе состоят в следующем:

1. В представленной работе решение задачи оптимизации структуры фермы ведется с привлечением вариационных принципов структурного синтеза и на основе вытекающего из них универсального энергетического критерия структурообразования, обеспечивающего глобальный минимум расхода материала.

2. Оптимизация структуры фермы предусматривает не только выгодную композицию ее стержней, но и совершенствование узловых соединений как наиболее уязвимых мест при наступлении предельного состояния. Трубчатая ферма является наиболее благоприятным объектом для исследований в направлении оптимизации структуры системы в целом и ее узловых соединений ввиду возможности эффективного использования тонкостенных элементов.

3. При вариации структуры фермы наблюдается переход растянутых стержней в категорию сжатых и наоборот, что предопределяет итерационный характер решения оптимизационной задачи, не требующий, однако, большого числа приближений. Сокращению циклов итерационного процесса способствуют подтвержденная гипотеза о тенденции к сокращению числа сжатых стержней. В конкретном случае это привело к снижению потенциальной энергии деформации и расхода материала на 10%.

4. Представлена оптимальная конструкция трубчатой фермы с треугольной решеткой, нисходящими опорными раскосами и бесфасоночными узлами. При этом нижний пояс фермы повернут относительно своей продольной оси на 450 таким образом, что его поперечное сечение представляет собой ромб.

5. Оптимальная структура узлового соединения представлена в виде бесфасоночного узла, несущая способность которого возросла по сравнению с традиционным аналогом в 1,4 раза.

6. Преимущества нового типа узлового соединения подтверждены по итогам численных исследований его напряженно-деформированного состояния с использованием 3Б-модели узла и экспериментальных исследований на созданном специализированном стенде. Предложенная конструкция узлового соединения признана изобретением и защищена патентом.

7. В разработанном узле наблюдается значительное снижение концентрации напряжений за счет благоприятного распределения усилий в узлах фермы и уменьшения остаточных деформаций в зоне сварки. При этом деформации контура поперечного сечения пояса в 1,7 - 4,4 раза меньше по сравнению с величинами, присущими традиционному аналогу. Предложенное примыкание к поясу торцов раскосов повышает местную устойчивость стенок его сечения, способствуя тем самым повышению несущей способности узлового соединения.

8. Предложены научно-технические рекомендации по методике расчета и конструированию трубчатых ферм с новыми бесфасоночными узлами, позволяющие расширить альбом конструктивных решений ферм.

9. Разработанные оптимальные по структуре схема и узловое бесфасоночное соединение рекомендуется использовать при конструировании трубчатых ферм с треугольной решеткой без стоек для складских и торгово-развлекательных помещений, одноэтажных промышленных зданий.

Перспектива дальнейших исследований:

1. Оптимальное проектирование структуры пространственных стержневых конструкций покрытий и их узловых соединений.

2. Учет нелинейной стадии деформирования материала проектируемой фермы.

3. Оптимальное проектирование структуры ферм при динамических нагрузках.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. А. с. 540019 СССР, МПК5 Е 04 В 1/58. Узел крепления раскосов к поясу трубчатой безфасоночной фермы / И.В. Левитанский. - заявл. 24. 12. 74; опубл. 25. 12. 76.

2. А. с. 844711 СССР, МПК5 Е 04 В 1/58. Узел соединения трубчатого пояса фермы с элементами решетки / Я.М. Лихтарников, В.М. Клыков, В.Н. Васылев. -заявл. 18. 10. 78; опубл. 07. 07. 81.

3. Александров, А.В. Роль отдельных элементов стержневой системы при потере устойчивости / А.В. Александров // Вестник МИИТ. - 2001. -Вып. 5. - 74 с.

4. Артеменко, А.К. Исследование несущей способности узлового соединения для элементов из гнутосварных профилей / А.К. Артеменко, А.А. Соколов // Исследование работы строительных конструкций и сооружений. - 1979. - № 26. - С. 138-145.

5. Артемов, А.А. Влияние параметров сечения на несущую способность стержневых элементов / А.А. Артемов // Промышленное и гражданское строительство. -2003. - № 6. - С. 48-49.

6. Аугустин, Я. Аварии строительных конструкций / Я. Аугустин, Е. Шледзевский. - М. : Стройиздат, 1976. - 183с.

7. Беккер, А.Г. Особенности расчета сварных соединений из гнутых профилей / А.Г. Беккер, С.Г. Рождественский // Промышленное строительство. - 1969. - № 1. - С . 41-42.

8. Беляев, Б.Ф. Исследование напряженно-деформированного состояния монтажных узлов высотных сооружений в связи с оценкой их несущей способности и долговечности / Б.Ф. Беляев, В.В. Евдокимов, Б.В. Остроумов // Научные испытания, инструментальные наблюдения и контроль строительных металлоконструкций при возведении и эксплуатации инженерных сооружений. -1990. - С. 34-47.

9. Беляев, Б.Ф. Напряженное состояние и сопротивление хрупкому разрушению опорных узлов ферм Молодечно/ Б.Ф. Беляев, В.В. Севрюгин, И.Н. Черкасов // Теоретические и экспериментальные исследования напряженного состояния элементов строительных металлоконструкций. -1989. - С. 188-197.

10. Бирюлев, В.В. Стальные фермы с коробчатыми сечениями стержней, сваренных из уголков / В.В. Бирюлев, И.Н. Чернов // Изв. вузов. Строительство и архитектура. - 1973. - № 4. - С. 8-14.

11. Бирюлев, В.В. Исследования Т-образных узлов ферм с коробчатым сечением стержней из прокатных уголков / В.В. Бирюлев, В.А. Галатенко // Изв. вузов. Строительство и архитектура. - 1982. - № 6. - С. 4-9.

12. Бирюлев, В.В. О действительной работе Т-образных узлов ферм с коробчатым сечением стержней из прокатных уголков / В.В. Бирюлев, В.А. Галатенко // Межвуз. темат. сборник трудов. - М., 1980. - С. 50-56.

13. Бранд, З. Анализ данных. Статические и вычислительные методы / З. Бранд. - М. : Мир, АСТ, 2003. - 688 с.

14. Брудка, Я. Трубчатые стальные конструкции / Я. Брудка. - М.: Стройиздат, 1975. - 209 с.

15. Ведяков, И.И. Сравнительный анализ устойчивости стальных труб малой гибкости при действии продольных сжимающих сил / И.И. Ведяков, Д.В. Конин, А.Р. Олуромби // Сб. науч. тр. Фундаментальные, поисковые и прикладные исследования РААСН по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли Российской Федерации в 2017 году. Сборник научных трудов Российской академии архитектуры и строительных наук. - Москва, 2018. - С. 161-170.

16. Велинский, А.Л. Напряженно-деформированное состояние некоторых вариантов К-образных трубчатых узлов морских стационарных платформ / А.Л. Велинский, В.В. Евдокимов, М.А. Асанханов // Теоретические и экспериментальные исследования напряженного состояния элементов строительных металлоконструкций. -1989. - С. 36-42.

17. Вернер, Ф. Допустимые усилия в узлах решетчатых конструкций без элементов жесткости при примыкании раскосов к стенке поясов из прокатного профиля [Электронный ресурс] / Ф.Вернер // Библиотека диссертаций. - Режим доступа: http://www.dsHb. net.

18. Воронецкий, А.Е. Исследование кинетики напряженно-деформированного состояния узлов ферм из гнутосварных профилей / А.Е. Воронецкий, Б.Ф. Беляев // Изв. вузов. Строительство и архитектура. - 1986. - № 5. - С. 32-46.

19. Галатенко, В.А. Исследование металлических ферм из прямоугольных труб, сваренных из прокатных уголков : автореф. дис. ... канд. тех. наук : 05.23.01/ Галатенко Василий Алексеевич. - Новосибирск, 1982. - 21 с.

20. Гарф, Э.Ф. Особенности проектирования металлических конструкций из труб / Э.Ф. Гарф // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 2003. - № 4. - С. 11-28.

21. Гарф, Э.Ф. Исследования конструктивной прочности сварных узлов и элементов из гнутых профилей замкнутого сечения: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.23.01/ Гарф Эдуард Феофилович. - Киев, 1970. - 19 с.

22. Гарф, Э.Ф. Сопоставление методов оценки сопротивления усталости сварных трубчатых узлов / Э.Ф. Гарф // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 1990. - № 1. - С. 44-49.

23. Горев, В.В. Металлические конструкции: элементы стальных конструкций / В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др.; под ред. В.В. Горева. - М.: Высш. школа, 2002. - 527 с.

24. Городецкий, А.С. Метод конечных элементов в проектировании транспортных сооружений / А.С. Городецкий, В.И. Зовороцкий, А.И. Лантух-Лященко, А.О. Рассказов. - М.: Транспорт, 1981. - 143 с.

25. Горохов, Е.В. Алгоритмы расчета стальных конструкций / Е.В. Горохов, В.Ф. Мущанов, А.М. Югов и др.; под ред. Е.В. Горохова. - М.: Стройиздат, 1989. - 368 с.

26. ГОСТ 27579-88. Фермы стальные стропильные из гнутосварных профилей прямоугольного сечения. Государственный стандарт СССР. - М., 1988. - 13 с.

27. Гребенюк, Г.И. Оптимизация геометрический и топологических параметров сжато-изогнутых панелей / Г.И. Гребенюк, В.И. Жаданов // Сб. тр. Проблемы оптимального проектирования сооружений. - Новосибирск: Изд-во НГАСУ, 2008. - С. 123-136.

28. Давыдов, Е.Ю. Проектирование ферм из прокатных и прямоугольных труб / Е.Ю. Давыдов. - Минск: БГПА, 2000. - 126 с.

29. Данильченко, О.Ф. Бесфасоночные стальные стропильные фермы минимальной трудоемкости: дис. ... канд. тех. наук: 05.23.01 / Данильченко Олег Федорович. - Вильнюс, 1988. - 118 с.

30. Демыгин, Н.Е. Исследование напряженно-деформированного состояния стыков узлов ферм с поясами из тавров/ Н.Е. Демыгин, В.В. Березин, Б.М. Вроно, В.Н. Башкин // Теоретические и экспериментальные исследования напряженного состояния элементов строительных металлоконструкций. - М., 1989. - С. 43-54.

31. Дмитриев, М.Г. Исследование возможности проектирования узлов строительных металлоконструкций с использованием САПР / М.Г. Дмитриев, В.В. Имутин // Промышленное и гражданское строительство. - 2003. - № 6. - С. 42-44.

32. Долганов, А. И. О надежности ферм в покрытиях зданий и сооружений [Электронный ресурс] / А. И. Долганов, Б. С. Расторгуев, Д. И. Калеев // Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. - 2013. - Вып. 4(29). - Режим доступа: http://vestnik.vgasu.ru/attachments/Dolganov RastorguevKaleev-2013_4(29).pdf.

33. Емельянов, О.В. Проектирование ферм из гнутосварных профилей / О.В. Емельянов. - Магнитогорск: МГТУ им Г.И. Носова, 1999. - 80 с.

34. Ермолаев, Н.Н. Проектирование строительных ферм из прямоугольных труб / Н.Н. Ермолаев, Н.М. Коскевич. - Куйбышев, 1980. - 49 с.

35. Жидков, К.Е. Повышение несущей способности узловых соединений конструктивных элементов ферм / К.Е. Жидков, В.В. Зверев, А.С. Семенов, Ю.Л. Стуканев // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. - 2015. - № 4. - С. 88-90.

36. Зинькова, В.А. Методика экспериментальных исследований узловых соединений трубчатых элементов фермы / В.А. Зинькова // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2012. - № 1. - С. 50-52.

37. Зинькова, В.А. Исследование напряженно-деформированного состояния бесфасоночных узлов трубчатых ферм [Электронный ресурс] / В.А. Зинькова, Н.В. Солодов // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 6. - Режим доступа: http://www.science-education.rU/113-11776.

38. Зинькова, В.А. Оптимизация топологии пространственной фермы / В.А. Зинькова, А.Е. Наумов, А.Г. Юрьев // Сб. науч. труд Междунар. науч.-практ. конф. Современные направления теоретических и прикладных исследований. Вып. 1(38). Т. 13. - Одесса: Изд-во Куприенко, 2015. - С. 76-79.

39. Зинькова, В.А. Оптимизация топологии металлических ферм / В.А. Зинькова // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2015. - № 2. - С. 37-40.

40. Зинькова, В.А. Рациональный выбор конфигурации ферм / В.А. Зинькова // Сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. Наука и инновации в строительстве. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2017. - С.51-55.

41. Зинькова, В.А. Оптимизация структуры трубчатых ферм / В.А. Зинькова, Л.С. Сабитов // Электронный сетевой политематический журнал «Научные труды КубГТУ». - 2022 - №5. - С. 22-29.

42. Ильясевич, С.А. Стальные конструкции из труб: экспериментально-теоретические исследования / С.А. Ильясевич. - М.: Стройиздат, 1973. - 193с.

43. Казачкова, А.Н. Исследования работы сжатых элементов стропильных ферм из гнутосварного профиля при действии внецентренной нагрузки: автореф. дис. ... канд. тех. наук: 05.23.01 / Казачкова Александра Наумовна. - Свердловск, 1982. - 23 с.

44. Кекс, Г.И. Экспериментальное исследование узлов ферм из гнутосварных профилей замкнутого прямоугольного сечения / Г.И. Кекс // Проектирование металлических конструкций. - 1969. - № 7. - С. 93-101.

45. Кекс, Г.И. Экспериментально-теоретические исследования работы узлов и моделей ферм из электросварных прямоугольных труб / Г.И. Кекс // Проектирование металлических конструкций. - 1974. - № 2. - С. 50-69.

46. Ковтуненко, В.А. Исследование конструктивной прочности сварных соединений и узлов металлоконструкций из труб: дис. ... канд. тех. наук: 05.23.01 / Ковтуненко Виктор Алексеевич. - Киев, 1974. - 18 с.

47. Козьмин, Н.Б. Исследование некоторых особенностей работы стропильных ферм из труб и их узловые соединения: автореф. дис. ... канд. тех. наук : 05.23.01 / Козьмин Николай Борисович. - Челябинск, 1972. - 24 с.

48. Колесников, С.В. Экспериментальные исследования коэффициента концентрации напряжений для Т-образных узлов конструкций с применением широкополочного двутавра и решетки из гнутосварных замкнутых профилей / С.В. Колесников, А.Н. Миронов, И.Н. Кулик // Металлические конструкции. - 2006. - С. 6978.

49. Копаница, Д.Г. Основные предпосылки экспериментальных исследований конструкций опорных узлов покрытий из гнутолистовых профилей / Д.Г. Копаница, Е.А. Мелехин// Сб. матер. Междунар. Науч. Конф. «Наука современности» - 2015. - С. 128-137.

50. Кузнецов, А.Ф. Эффективность применения гнутых стальных профилей в строительных конструкциях / А.Ф Кузнецов, Ю.С. Смирнягин // Проектирование металлических конструкций. - 1974. - № 3. - С. 67-73.

51. Кузнецов, В.В. Металлические конструкции: стальные конструкции зданий и сооружений / В.В. Кузнецов. - М.: АСВ, 1998. - 512 с.

52. Кузнецов, И.Л. Несущая способность узлов подстропильных ферм по серии 1.460.3-14 КМ / И.Л. Кузнецов, А.В. Исаев, Л.Р. Гимранов Изв. Казан. гос. арх.-строит. ун-та. - 2013. - № 3 (25). - С. 48-53.

53. Лампси, Б.Б. Металлические тонкостенные несущие конструкции при локальных нагрузках: теория местных напряжений / Б.Б. Лампси. - М.: Стройиздат, 1979. - 272 с.

54. Лапшин, Б.С. К расчету узлов трубчатых ферм / Б.С. Лапшин // Металлические конструкции и испытания сооружений. - М., 1979. - С. 107-113.

55. Левенсон, Я.С. Конструкции из стальных труб / Я.С. Левенсон. - М. : Стройиздат, 1967. - 120 с.

56. Левенсон, Я.С. Рациональные узлы стальных трубчатых конструкций / Я.С. Левенсон // За технический прогресс. - 1960. - № 12. - С. 25-32.

57. Левитанский, И.В. Применение гнутосварных профилей в фермах покрытий промышленных зданий / И.В. Левитанский, В.В. Севрюгин // Проектирование металлических конструкций. - 1974. - № 3. - С. 3-8.

58. Левитанский, И.В. О проектировании ферм покрытий промышленных зданий из круглых и прямоугольных труб / И.В. Левитанский // Легкие металлические конструкции промышленных зданий. - М., 1975. - С. 88-104.

59. Левитанский, И.В. О методике испытания фрагментов стропильных ферм / И.В. Левитанский // Проектирование металлических конструкций. - 1975. - № 6. - С. 22-26.

60. Левитанский, И.В. Область применения гнутосварных замкнутых профилей в металлических конструкциях промышленных зданий / И.В. Левитанский, В.В. Севрюгин, З.Р. Джафарва // Проектирование металлических конструкций. - 1974. - № 7. - С. 42-56.

61. Липин, Е.К. Некоторые свойства статически неопределимых равнопрочных ферм // Ученые записки ЦАГИ. - 1983. - Т.14 - № 5.- С. 12-19.

62. Лихтарников, Я.М. Вариантное проектирование и оптимизация стальных конструкций / Я.М. Лихтарников. - М.: Стройиздат, 1979. -319 с.

63. Лобанов, Л.М. Сварные строительные конструкции / Л.М. Лобанов. - К.: ИЭС им. Э.О. Патона, 1997. - Т. 2. - 674 с.

64. Мажид, К.И. Оптимальное проектирование конструкций / К.И. Мажид.- М.: Высшая школа, 1979. - 238 с.

65. Марутян, А.С. Оптимизация решеток ферменных конструкций из профильных труб (гнутосварных профилей) / А.С. Марутян // Строительная механика и расчет сооружений. - 2022. - № 3 (302). - С. 71-78.

66. Марутян, А.С. Оптимизация ферменных конструкций с ромбическими решетками / А.С. Марутян // Вестник ГГНУ. Технические науки. - 2021. - Т. 17. -№ 1 (23). - С. 54-68.

67. Марутян, А.С. Стальные решетчатые конструкции из квадратных труб с верхними поясами, усиленными швеллерами, и их расчет / А.С. Марутян // Строительная механика и расчет сооружений. - 2015. - № 5 (262). - С. 62-69.

68. Мельников, Н.П. Металлические конструкции: современные состояния и перспективы развития / Н.П. Мельников. - М.: Стройиздат, 1983. - 543 с.

69. Миронов, А.Н. Концентрация напряжений в узлах ферм с применением двутавров и гнутосварных замкнутых профилей, вызванная конструктивной формой: автореф. дис. ... канд. тех. наук: 05.23.01 / Миронов Андрей Николаевич. - Макеевка, 2005. - 23 с.

70. Мищенко, А.В. Оптимизация структурно-неоднородных стержневых конструкций на основе энергетического критерия / А.В. Мищенко // Известия вузов. Строительство. - 2021. - № 6 (750). - С. 20-32.

71. Мищенко, А.П. О расчете узлов строительных сварных ферм с использованием метода отражений / А.П. Мищенко, П.Б. Стегаев, В.А. Стабровский // Металлические конструкции и испытании сооружений. - М., 1981. - С. 84-99.

72. Молчанов, А.А. Исследование стержневых конструкций с использованием планов полного факторного эксперимента / А.А. Молчанов // Строительная механика и расчет сооружений. - 1973. - № 6. - С. 26-34.

73. Молчанов, А.А. Статические методы оценки результатов экспериментальных исследований стержневых конструкций / А.А. Молчанов // Строительная механика и расчет сооружений. - 1971. - № 1. - С. 36-47.

74. Мурашко, H.H. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния узлов из замкнутых гнутосварных профилей / Н.Н. Мурашко, Ю.В. Соболев, А.В. Мухин, Л.Г. Головко // Проблемы сельскохозяйственного строительства. -1980. - С. 66-72.

75. Мурашко, Н.Н. Напряженно деформированное состояние узлов с ребрами трубчатых стальных конструкций: автореф. дис. ... канд. тех. наук : 05.23.01 / Мурашко Николай Николаевич. - М., 1977. - 19 с.

76. Мухин, A.B. Методы расчета узлов из замкнутых гнуто-сварных профилей / А.В. Мухин. - М., 1983. - 27 с.

77. Мухин, А.В. Напряженно деформированное состояние узлов ферм из замкнутых гнутосварных профилей: автореф. дис. ... канд. тех. наук: 05.23.01 / Мухин Анатолий Викторович. - М., 1984. - 23 с.

78. Мухортов, М.Н. Фермы из полых строительных профилей на объектах Костомукшского ГОКа / М.Н. Мухортов // Промышленное строительство. - 1981. - № 2. - С. 19-22.

79. Навроцкий, Д.И. Расчет сварных соединений с учетом концентрации напряжений / Д.И. Навроцкий. - М.: Машиностроение, - 1968. - 170 с.

80. Налимов, В.В. Логические основания планирования эксперимента / В.В. Налимов, Т.И. Голикова. - М.: Металлургия, 1976. - 128 с.

81. Немец, И. Практическое применение тензорезисторов / И. Немец. - М.: Энергия, 1970. - 144 с.

82. Новиков, В.И. О работах, выполняемых институтом электросварки им. Е.О. Патона АН УССР в области гнутых профилей и перспективы их применения в решетчатых конструкциях / В.И. Новиков, Э.Ф. Гарф // Проектирование металлических конструкций. - 1969. - № 7. - С. 83-92.

83. Новиков, В.И. Прикрепление элементов трубчатого сечения непосредственно друг к другу / В.И. Новиков, В.А. Ковтуненко, О.И. Шумицкий // Автоматическая сварка. - 1959. - № 9. - С. 17-26.

84. Новиков, В.И. Статическая прочность и расчет бесфасоночных узлов трубчатых металлоконструкций / В.И. Новиков, Э.Ф. Гарф, В.А. Ковтуненко. - Киев :Укр.НИИНТИ, 1969. - 86 с.

85. Окулов, П.Д. Стальные конструкции верхнего строения морского кранового судна катамаранного типа с краном грузоподъемностью 250 т / П.Д. Окулов // Материалы по металлическим конструкциям. - 1970. - № 15. - С. 156-177.

86. Панченко, В.М. Исследование действительной работы опорных узлов стальных стропильных ферм из замкнутых гнутосваренных профилей: автореф. дис. ... канд. тех. наук: 05.23.01 / Панченко Владимир Митрофанович. - Киев, 1981. - 20 с.

87. Патент № 75207 Российская Федерация, МПК Е04С 3/08 (2006.01). Покрытие из трехгранных ферм (варианты): № 2008110578: заявл. 19.03.2008: опубл. 27.07.08 / Копаница Д.Г., Копытов М.М., Гришанов Д.Г.; заявитель ГОУ ВПО «ТГАСУ». - 10 с.

88. Патент № 79117 Российская Федерация, МПК Е04В 1/58 (2006.01).Узловое соединение стержней ферм: № 2007149465: заявл. 27.12.2007: опубл. 20.12.2008 / Николаев А.И., Хисамов Р.И.; заявитель Николаев А.И., Хисамов Р.И. - 13 с.

89. Патент № 2016975 Российская Федерация, МПК Е04В 1/58 (2006.01). Узловое соединение трубчатых стержней пространственной конструкции: № 4940163 заявл. 30.05.1991; опубл. 30.07.1994 / Клячин А.З.; заявитель Уральский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта им. Я.М. Свердлова. - 11 с.

90. Патент № 2329361 Российская Федерация, МПК Е04С 3/08 (2006.01). Узловое бесфасоночное соединение трубчатых элементов фермы (варианты): № 2006140596: заявл. 16.11.06; опубл. 20.07.08 / Зинькова В.А., Соколов А.А.; заявитель БГТУ им. В.Г. Шухова. - 3 с.

91. Патент № 2756260 Российская Федерация, МПК Е040 23/02 (2006.01). Способ усиления пояса в узле трубчатой фермы: заявл. 01.03.2021; опубл. 28.09.2021 / Кузнецов И.Л., Гимранов Л.Р.; заявитель КазГАСУ. - 8с.

92. Проектирование металлических конструкций / В.В. Бирюлев, И.И. Кошин, И.В. Крылов, А.В. Сильвестров. - Л.: Стройиздат, 1990. - 432 с.

93. Рекомендации по проектированию стальных конструкций с применением круглых труб. - М.: ЦНИИСК им. Кучеренко, 1973. - 102 с.

94. Ривкин, А.М. Исследование устойчивости и жесткости стальных трубчатых ферм: автореф. дис. ... канд. тех. наук : 05.23.01 / Ривкин Андрей Маркович. - М., 1973. - 29 с.

95. Руководство по проектированию стальных конструкций из гнутосварных замкнутых профилей. - М.: ЦНИИСК им. Кучеренко, 1978. - 42 с.

96. Салахутдинов, М.А. Оптимизация параметров нового конструктивного решения стального каркаса многопролетного здания / М.А. Салахутдинов, И.Л. Кузнецов // Изв. Казан гос арх-стр ун-та. 2012. № 2 (20). С. 94-98.

97. Свентиков, А.А., Власов А.В. Особенности расчета мачтовых конструкций методом конечных элементов / А.А. Свентиков, А.В. Власов // Тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф. «Оптимизация и ресурсосбережение строительных конструкций зданий и сооружений, водохозяйственных систем и инженерная экология». -Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2014.- с.42-44.

98. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2019613557. Рос. Федерация. Программа для определения оптимальной конфигурации плоской фермы / В.А. Зинькова, А.Г. Юрьев, В.К. Стан; правообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова. - № 2019612507, заявл. 12.03.2019, зарегистр. 19.03.2019.

99. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2022682420. Рос. Федерация. Программа для расчета замкнутых стержней «AutoRSS.06» / Л.С. Сабитов В.А., Зинькова; правообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова. - № 2022680416; заявл. 28.10.2022; зарегистр. 22.11.2022.

100. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2022685144. Рос. Федерация. Программа для расчета бесфасоночных соединений стержней «AutoRSS.07» / В.А. Зинькова, Л.С. Сабитов; правообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова. - № 2022680415; заявл. 28.10.2022; зарегистр. 21.12.2022.

101. Севрюгин, В.В. Результаты экспериментального исследования конструктивной формы узлов ферм из гнутосварных профилей / В.В. Северюгин // Проектирование металлических конструкций. - 1974. - № 2. - С. 3-19.

102. Севрюгин, В.В. Экспериментальное исследование моделей фрагментов ферм из гнутосварных замкнутых профилей / В.В. Севрюгин // Проектирование металлических конструкций. - 1974. - № 2. - С. 11-19.

103. Севрюгин, В.В. Экспериментальное исследование стропильных ферм из прямоугольных труб / В.В. Севрюгин, И.В. Левитанский // Проектирование металлических конструкций. - 1975. - № 6. - С. 2-8.

104. Серия 1.460.3-23.98. «Стальные конструкции покрытий производственных зданий пролетами 18, 24 и 30 м из замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения с уклоном кровли 10%. Выпуск I. Покрытия. Чертежи КМ». - М. - 78 с.

105. Серия 1.460.3-14 «Стальные конструкции покрытий производственных зданий пролетами 18, 24 и 30 м с применением замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения типа «Молодечно». - М. - 67 с.

106. Серпик, И.Н. Топологическая и параметрическая оптимизация большепролетных стальных ферм / И.Н. Серпик, Б.Е. Комшин // Сб. «Строительство-2016. Материалы II Брянского международного инновационного форума». - 2016. - С. 315-320.

107. Скляднев, А.И. Оптимальное проектирование центрально-сжатого стального составного стержня двутаврового сечения / А.И. Скляднев // Вестник Липецк. гос. технич. ун-та. - 2017. - № 1 (31). - С. 38-42.

108. Соболев, Ю.В. К расчету бесфасоночных узлов сопряжений стальных конструкций / Ю.В. Соболев, Ф. Вернер // Изв. вузов. Строительство и архитектура. -1978. - № 8. - С. 3-10.

109. Соболев, Ю.В. Некоторые вопросы расчета узлов трубчатых ферм из замкнутых гнутосварных профилей / Ю.В. Соболев, А.В. Мухин // Расчет строительных конструкций и сооружений. - М., 1983. - С. 140-147.

110. Соколов, А.А. Разработка и исследование сварных узлов ферм из гнутосварных профилей / А.А. Соколов, В.А. Зинькова, Н.С. Бочарова // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2005. - №10 - С. 455-457.

111. Соколов, А.А. Численные исследования напряженно-деформиро-ванного состояния узловых бесфасоночных соединений трубчатых элементов ферм / А.А.Соколов, В.А. Зинькова, К.И. Логачев // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2007. -№ 8. - С. 40-41.

112. Соколов, А.Г. Облегченные несущие металлические конструкции / А.Г. Соколов. - М. :Госстройиздат, 1963. - 285 с.

113. СП 20.13330.2016 "Нагрузки и воздействия". Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*.

114. СП 16.13330.2017. Свод правил. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81 *.

115. Стрелецкий, Н.С. Металлические конструкции / Н.С. Стрелецкий. - М. : Стройиздат, 1961. - 176 с.

116. Строительная механика: терминология. - М.: Наука, 1969. - 18 с.

117. Сысоева, В.В. Алгоритмы оптимизации топологии силовых конструкций / В.В. Сысоева, В.В. Чедрик// Ученые записки ЦАГИ. - 2011. -Вып.2. -Т.42. - С. 1-12.

118. Тамрязян, А.Г. Современные методы оптимизации конструктивных решений для несущих систем зданий и сооружений / А.Г. Тамразян, А.В. Алексейцев // Вестник МГСУ. - 2020. - Т. 15. - № 1. - С. 12-30.

119. Токарева, Л.А. Зависимость структуры фермы от вида нагружения / В.А. Зинькова, Л.А. Токарева, Л.С. Сабитов // Сб. тр. XI-й Междунар. науч.-техн. конф. «Инновационные машиностроительные технологии, оборудования и материалы - 2022». Ч. 2. - Казань. - 2022. - С. 178-180.

120. Туснин, А.Р. Некоторые вопросы расчета тонкостенных стальных конструкций / А.Р. Туснин, // Научное обозрение. - 2015. - № 11. - С. 79-82.

121. Туснин, А.Р. Особенности расчетов строительных конструкций с использованием современных вычислительных комплексов / А.Р. Туснин // Сб. матер. Междунар. научн. конф «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании». - 2015. - С. 215-218.

122. Уральский трубный завод [Электронный ресурс]. - Первоуральск, 2013. -Режим доступа: http://www.trubprom.com.

123. Флоров, P.C. Стропильные фермы из гнутосварных прямоугольных профилей. Новые формы несущих и ограждающих металлических конструкций / Р.С. Флоров, Г.И. Кекс, А.П. Козачкова // Тезисы докладов научно-технического семинара. -Киев, 1976. - С. 23-26.

124. Уманский А.А. Статика и кинематика ферм. М.: ГИТТЛ, 1957. - 342 с.

125. Харт, Ф. Атлас стальных конструкций. Многоэтажные здания / Ф. Харт, В. Хенн, Х. Зонтаг Х. - М. :Стройиздат, 1977. - 351 с.

126. Холопов, И.С. Вариационные принципы в проблеме оптимального проектирования / И.С. Холопов // Вестник НИЦ «Строительство» . - 2010. - № 2. - С. 114-125.

127. Цетлин, Б.С. Исследования напряженного состояния узловых соединений трубчатых конструкций: автореф. дис. ... канд. тех. наук: 05.23.01 / Цетлин Борис Соломонович - М., 1972. - 23 с.

128. Цетлин, Б.С. К оценке местных напряжений в поясах трубчатых конструкций / Б.С. Цетлин // Строительно-монтажные работы в строительстве. - 1977. -№ 2. - С.57-58.

129. Цетлин, Б.С. Работа и расчет узловых соединений гнутосварных профилей / Б.С. Цетлин, М.И. Гукова, А.Г. Иммерман, Г.В. Тесля-Тесленко // Изв. вузов. Строительство и архитектура. - 1979. - №6. - С. 8-29.

130. Цетлин, Б.С. Расчет и проектирование узлов стальных ферм из прямоугольных гнутосварных профилей / Б.С. Цетлин, М.И. Гукова, А.Г. Иммерман, Г.В. Тесля-Тесленко // Промышленное строительство. - 1980. - № 12. - С. 17-19.

131. Чедрик, В.В. Решение задачи многодисциплинарной оптимизации силовых конструкций на основе многоуровнего подхода / В.В. Чедрик // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. - 2011- № 4. - С. 1847-1849.

132. Чедрик, В.В. О методах и алгоритмах многодисциплинарной оптимизации силовых конструкций / В.В. Чедрик, А.К. Никифоров // Ученые записки ЦАГИ. - 2017. - Т.38. - С. 129-142.

133. Чернов, И.Н. Исследование конструктивной формы и технологичности стальных ферм с коробчатыми стержнями из прокатных уголков: автореф. дис. ... канд. тех. наук: 05.23.01 / Чернов Иван Николаевич. - Новосибирск, 1974. - 17 с.

134. Чесноков, А.В. Усовершенствованный эволюционный алгоритм оптимизации вантовой строительной конструкции / А.В.Чесноков, В.В.Михайлов, И.В. Долматов // Сб науч. тр. 2-й Всерос. (национальной) науч.-пр. конф., посв. 65-летию ЛГТУ. - Липецк, 2021. - С. 389-393.

135. Шейнфельд, Н.М. Исследование конструкций промышленных зданий из стальных труб /Н.М. Шейнфельд, Б.Н. Решетников // Металлические конструкции. -М., 1968. - С. 57-69.

136. Шейнфельд, Н.М. Исследование ферм из тонкостенных стальных труб повышенной прочности / Н.М. Шейнфельд, Ю.С. Мкрчанц, Б.Е. Киселев // Металлические конструкции. - М., 1986. - С. 71-89.

137. Шмидт, Д. Стальные трубы : справ. изд., пер с нем. / Д. Шмидт. - М.: Стройиздат, 1982. - 424 с.

138. Юрьев, А.Г. Строительная механика: синтез конструкций. - М.: изд. МИСИ, 1982. - 100 с.

139. Юрьев, А.Г. Естественный фактор оптимизации топологии конструкций /

A.Г.Юрьев // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2013. - №5. -С. 46-48.

140. Юрьев, А.Г. Вариационный подход к оптимизации топологии фермы / А.Г. Юрьев, В.А. Зинькова // Сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. «Современные строительные материалы, технологии и конструкции». - Грозный: ФГУП «Издательско-полиграфический комплекс «Грозненский рабочий». - 2015. - С. 294-300.

141. Юрьев, А.Г. Уровни проектирования плоских металлических ферм [Электронный ресурс] / А.Г. Юрьев, В.А. Зинькова // Сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф. «Наукоемкие технологии и инновации». - 2016.- С. 248-253; URL: http://conf.bstu.ru/material_conf/XXII_nauchnue_hteniya.

142. Юрьев, А.Г. Вариационный метод определения конфигурации плоских металлических ферм / А.Г. Юрьев, В.А. Зинькова // Zbornik radova Visoke tehnicke skole strukovnih studija u Nisa (Сербия). - 2016. - С. 166-169.

143. Юрьев, А.Г. Оптимизация структуры металлических ферм / А.Г. Юрьев,

B.А. Зинькова, Н.А. Смоляго, О.А. Яковлев // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2017. -№ 7.- С. 41-45.

144. Юрьев, А.Г. Устойчивость стержней в структурном синтезе металлических ферм / А.Г. Юрьев, В.А. Зинькова // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2017. - № 12.-

C.84-87.

145. Юрьев, А.Г. Эволюция проектировочных расчетов ферм [Электронный ресурс] / А.Г. Юрьев, В.А. Зинькова // Сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. «Наукоемкие технологии и инновации». - Белгород, 2019. - Ч.2. - С.111-114.

146. Юрьев, А.Г. Расчет металлических ферм на основе вариационных принципов / А.Г. Юрьев, В.А. Зинькова // Региональная архитектура и строительство. - 2019. - № 3(40). - С.145-150.

147. Юрьев, А.Г. Оптимизация нагружения металлических ферм / А.Г. Юрьев, В.А. Зинькова // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2020. - №2. - С.56-61.

148. Юрьев, А.Г. Структурный синтез стержневых конструкций / А.Г. Юрьев, Л.А. Панченко, В.А. Зинькова // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2022 - №10. - С. 3440.

149. Bader, W. Geschweiste Rohranschlusse und Abkant-holprofilebeidynamischer Beanspruchung-Schweisstechnick. - 1963. - J.13, H.11. - S. 486-502.

150. Badertdinov, I.R. Optimal geometrical parameters of trihedral steel support's cross section / I.R. Badertdinov, I.L. Kuznetsov, N.F. Kashapov, I.R. Gilmanshin, L.S. Sabitov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2018. - Р. 012005.

151. Bends ф e, M. P. Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method / M. P. Bends e, N. Kikuchi // Comput Methods Appl. Mech. Eng. -1988. - 71(2). - Р. 197-224.

152. Bends e, M.P. Optimal shape design as a material distribution problem/ M. P.Bendsф e// Structural Optimization. -1989. - №1. - P.193-202.

153. Bends ф e, M. P. Topology optimization: theory, methods, and applications / M. P. Bends фe, O. Sigmund. - Berlin: Springer. - 2003. -376 p.

154. Cardoso, E. L. Complexity control in the topology optimization of continuum structures / E. L. Cardoso, J. S. Fonseca // J. of the Braz. Sec. of Mech. Sei&End. - 2003. -№3. - Vol.25. - P.293-301.

155. Czehowski, A. Etude de la resistance statique des assemblaqes sondes en croix de pzofiles / А. Czehowski, J. Bzudrka // Construction Metalligue. - 1977. - № 3. - Р. 17.

156. Diaz, A.R. Solutions to shape and topology eigenvalue optimization sing a homogenization method / A.R. Diaz, N. Kikuchi // Int. J. Numer. Methods Eng.. - 1992. -№ 35. - Р. 1487-1502.

157. Evaluation of the fatigue life of welded connections of tubular structures. Welding and Surfacing Reviews. Volume 4, part 3, Harwood academic publishers. - 1995. - 91 р.

158. Huang, X. Evolutionary topology optimization of continuum structures: method sand applications / X. Huang, Y. M. Xie - 2010. - 223 p.

159. Khaidarov, L. Efforts redistribution in statically indeterminate bar systems based on scaffolding by force limiter / L. Khaidarov, G. Shmelev, M. Salakhutdinov // IOP CONFERENCE SERIES. Materials Science and Engineering. Kazan, Russia, - 2020. - С.

012064.

160. Korol, E. Technological parameter optimization of multilayer enclosure structures with the multiple-criteria decision analysis / E. Korol, D. Mostovoy, A. Pleshivcev // MATEC Web of Conferences. - 2018. - Vol. 170. - P. 03031.

161. Roux, W. Gesammelte Abhandlungen uber Entwickelungsmenchanik der Organismen / W. Roux. Bd 1-2. - Leipzig, 1985.

162. Rozvany, G. I. N. Structural design via optimality criteria. -Dordrecht: Kluwer, 1989, - 463 p.

163. Rozvany, G. I. N. Topology optimization in structural design / G. I. N. Rozvany, N. Zhou, O. Sigmund //Advancesindesign optimization. - London: Adeli. -1994. - P.240-299.

164. Stromberg, L.L. Topology optimization for braced frames: Combinig continuum and beam/column elements / L.L.Stromberg, A.Beghini, W.F.Baker, G.H.Paulino// Engineering Structures - 2012. - Vol 37. - P.106 - 124.

165. Yang, R.J. Automotive applications of topology optimization / R.J.Yang, A.I. Chahande// Structural Optimization. -1995. -№9. - P.245-249.

166. Zinkova,V.A. Designing Of Tube Trusses Without Gusset Plate With Joint Connections / V.A.Zinkova, A.G.Yuriev, E.V. Peshkova// International Journal of Applied Engineering Research. -2015. - № 5. - Vol. 10. - P. 12391-12398.

167. Zinkova, V.A. Optimization of the structure of flat metal tube trusses / V.A. Zinkova // Lecture Notes in Civil Engineering. - 2021. - Vol .95. - P. 213-218.

Приложение I Патент на изобретение РФ

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

О

<о со о см со см

К

(19) ки<11)

2 329 361(3) С1

(51) МПК

Е04С 3/08 (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

<12> ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

(21), (22) Заявка: 2006140596/03, 16,11.2006

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 16.11.2006

(45) Опубликовано: 20.07.2008 Бюл. № 20

(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Эи 540019 А, 25.12.1976. Эи 1767115 А1, 07.11.1992. Би 992681 А, 30.01.1983. 1760041 А1, 07.09.1992. иЭ 3129493 А, 21.04.1964. вВ 1080883 А, 23.08.1967. иЭ 2112480 А, 29.09.1938.

Адрес для переписки:

308012, г.Белгород, ул. Костюкова, 46, БГТУ им. В.Г. Шухова, патентный отдел

(72) Автор(ы):

Зинькова Виктория Анатольевна (Ри), Соколов Александр Андреевич (Яи)

(73) Патентообладатель(и):

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (БГТУ им. В.Г. Шухова) (1*и)

этом соединение каждого из элементов решетки с поясом осуществляется по двум смежным его стенкам. Согласно второму варианту отличие узлового соединения заключается в выполнении пояса треугольного сечения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил. 1

-1

(54) УЗЛОВОЕ БЕСФАСОНОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБЧАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ФЕРМЫ (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к строительству, в частности к узловым соединениям трубчатых бесфасоночных ферм. Технический результат изобретения заключается в повышении несущей способности, надежности и жесткости узлового соединения за счет снижения концентрации напряжений и объема сварки в узле. Предложено два варианта выполнения узлового бесфасоночного соединения трубчатых элементов фермы. Согласно первому варианту узловое соединение выполнено из пояса прямоугольного сечения и жестко прикрепленных к нему трубчатых элементов решетки, продольные оси которых проходят через центр узла и совпадают с осевой плоскостью фермы. Диагональ поперечного сечения пояса расположена в осевой плоскости фермы, а элементы решетки в месте крепления к поясу имеют сквозной вырез, полностью повторяющий геометрию этого примыкания, при

Л С

го

со ю (О со а>

О

Фиг. 1

Стр.: 1

Приложение II Результаты численных исследований

а

Рисунок II. 1 — Изополя перемещений фрагментов фермы относительно оси Х: а) традиционное решение, б) решение, разработанное автором

Рисунок 11.2 — Изополя перемещений фрагментов фермы относительно оси Z: а) традиционное решение, б) решение, разработанное автором

Рисунок 11.3 — Изополя перемещений фрагментов фермы относительно оси У: а) традиционное решение, б) решение, разработанное автором

Рисунок 11.4 — Изополя поперечной силы в элементах фермы: а) традиционное решение,

б) решение, разработанное автором

Рисунок 11.5 — Изополя касательных напряжений т^ в элементах фермы: а) традиционное решение, б) решение, разработанное автором

Рисунок 11.6 — Изополя перемещений фрагментов фермы относительно оси У: а) традиционное решение, б) решение, разработанное автором

Рисунок 11.7 — Изополя перемещений фрагментов фермы относительно оси Х: а) традиционное решение, б) решение, разработанное автором

-1.53

еремешений по

а

б

Рисунок 11.8 — Изополя перемещений фрагментов фермы относительно оси Z:а) традиционное решение, б) решение, разработанное автором

б

Рисунок 11.9 — Изополя поперечной силы в элементах фермы: а) традиционное решение,

б) решение, разработанное автором

>яженнй по Тху »рения-МПа"

а

б

Рисунок 11.10 — Изополя касательных напряжений т^ в элементах фермы: а) традиционное решение, б) решение, разработанное автором

Приложение Ш Результаты экспериментальных исследований

Таблица 111.1 - Результаты сравнения экспериментальных, численных и теоретических методов расчета по контрольным тензодатчикам

и со <2! сЗ и Эксперимент «Лира» Теория

О 1 ^ * Е ^ нн а и №1 №2 среднее ох, МПа Ох, Погрешность, %

л ч £ & к ох, МПа ох, МПа Ох, МПа МПа теория «лира»

0 0.00 0.00 0.00 0.00

5058 5039 39 41.33 37.58 38.58 41.72 7.54

19 78 87.06 57.61 79.38 83.44 4.87

118 170.56 115.22 131.21 126.02 4.12

157 224.37 100.84 169.77 164.64 167.99 1.06 3.12

0 0.00 0.00 0.00

2319 39 44.48 30.92 41.72

(20) о т 78 112.85 60.00 83.44

118 150.12 88.93 126.02

157 223.89 129.98 164.64 167.99

0 0.00 0.00 0.00 0.00

39 49.70 33.42 42.41 42.00 0.99

25 ЧО 78 83.51 71.66 79.79 83.44 4.37

118 126.04 94.06 121.11 126.02 3.90

157 221.67 129.80 181.81 164.77 167.99 8.22 10.34

0 0.00 0.00 0.00

3925 3918 39 46.32 40.22 41.72

(26) 78 110.04 53.95 83.44

118 164.02 100.30 126.02

157 232.02 143.74 167.77 167.99

0.0 0.00 0.00 0.00 0.00

00 ЧО 00 3.9 8.75 5.63 8.06 8.15 0.99

21 7.8 22.81 16.68 17.89 16.18 10.57

11.8 31.30 24.47 24.91 24.44 1.94

15.7 39.31 30.42 37.13 34.15 32.58 13.95 8.72

0.0 0.00 0.00 0.00

3.9 10.30 7.58 8.15

(22) 00 7.8 20.25 11.83 16.18

11.8 27.80 16.08 24.44

15.7 46.20 32.57 34.15 32.58

0.0 0.00 0.00 0.00 0.00

3.9 7.28 5.83 6.89 8.15 15.39

29 7.8 13.70 12.29 14.38 16.18 11.15

11.8 21.70 18.66 23.90 24.44 2.19

15.7 37.39 27.15 29.19 31.59 32.58 10.41 7.59

0.0 0.00 0.00 0.00

о 00 3.9 9.64 4.82 8.15

(30) 7.8 19.69 11.84 16.18

11.8 32.37 22.88 24.44

15.7 32.48 19.74 31.59 32.58

0.0 0.00 0.00 0.00 0.00

гм 00 т 3.9 8.18 7.28 8.18 8.15 0.41

23 7.8 18.87 12.46 15.25 16.18 5.77

11.8 29.20 18.39 24.53 24.44 0.37

15.7 33.69 20.11 28.26 30.97 32.58 13.25 8.74

0.0 0.00 0.00 0.00

00 3.9 9.94 7.31 8.15

(24) 7.8 20.10 9.56 16.18

11.8 29.20 21.33 24.44

15.7 35.51 23.75 30.97 32.58

0.0 0.00 0.00 0.00 0.00

ЧО т 00 ЧО 3.9 10.65 7.09 8.42 8.15 3.40

27 7.8 19.03 12.20 15.09 16.18 6.75

11.8 37.45 19.18 26.01 24.44 6.42

15.7 42.39 31.08 32.63 34.21 32.58 0.15 4.62

0.0 0.00 0.00 0.00

о 00 о 00 3.9 10.26 5.69 8.15

(28) 7.8 16.92 12.20 16.18

11.8 28.49 18.91 24.44

15.7 35.38 21.66 34.21 32.58

Таблица 111.2 - Результаты экспериментальных исследований по основным тензодатчикам (типовой узел)

03 Эксперимент

я 00 § Г) показания датчиков показания датчиков средние значения

а ю о 00 % % й 00 е, 10-3 с, МПа е, 10-3 с , МПа е, 10-3 с , МПа

£ я £х еу Ох ех еу Ох ех еу Ох °2,у

1 2

0 0 0 0.0 0.0 0 0 0.0 0.0 0 0 0.0 0.0

1 г- 39 0.21 0.02 42.8 3.3 0.11 0.01 22.7 2.4 0.16 0.01 32.8 2.8

«ч ич ич 78 0.37 0.04 77.2 8.8 0.22 0.03 44.5 5.9 0.30 0.04 60.8 7.3

118 0.53 0.05 109.7 10.3 0.47 0.04 96.7 8.4 0.50 0.05 103.2 9.4

157 0.75 0.08 153.6 17.4 0.56 0.05 116.0 11.2 0.65 0.07 134.8 14.3

1 2

0 0.00 0.00 0.0 0.0 0.00 0.00 0.0 0.0 0.00 0.00 0.0 0.0

2 го 39 0.23 0.02 46.9 3.9 0.15 0.01 31.4 3.0 0.19 0.02 39.1 3.4

00 сч 00 сч 78 0.41 0.03 84.7 6.9 0.27 0.03 54.8 6.1 0.40 0.03 69.7 6.5

118 0.61 0.05 124.8 10.8 0.45 0.05 93.4 9.4 0.53 0.05 109.1 10.1

157 0.66 0.08 135.5 16.3 0.46 0.06 115.6 12.8 0.56 0.07 125.6 14.5

3 4

0 0.00 0.00 0.0 0.0 0.00 0.00 0.0 0.0 0.00 0.00 0.0 0.0

1 5535 "Л 39 0.19 0.01 39.3 2.0 0.12 0.00 25.7 1.0 0.16 0.01 32.5 1.5

^ ич 78 0.45 0.02 92.8 3.8 0.32 0.01 66.5 2.6 0.39 0.02 79.6 3.2

118 0.59 0.03 121.2 6.1 0.32 0.02 65.9 3.7 0.45 0.02 93.5 4.9

157 0.85 0.04 174.3 7.4 0.43 0.03 89.3 5.3 0.64 0.03 131.8 6.4

3 4

0 0.00 0.00 0.0 0.0 0.00 0.00 0.0 0.0 0.00 0.00 0.0 0.0

2 00 ич г- 39 0.20 0.01 41.4 1.7 0.15 0.01 30.5 1.3 0.17 0.01 35.9 1.5

г- <М г- <М 78 0.38 0.02 79.0 3.2 0.22 0.01 46.3 3.0 0.30 0.01 62.7 3.1

118 0.59 0.03 121.5 6.4 0.50 0.02 102.3 3.2 0.54 0.02 111.9 4.8

157 0.93 0.04 191.5 8.4 0.48 0.02 97.9 4.9 0.70 0.03 144.7 6.7

5 6

0 0.00 0.00 0.0 0.0 0.00 0.00 0.0 0.0 0.00 0.00 0.00 0.00

1 5462 5446 39 0.21 0.00 44.2 0.4 0.16 0.00 33.2 0.3 0.19 0.00 38.71 0.34

78 0.40 0.00 81.4 0.9 0.28 0.00 56.9 0.5 0.34 0.00 69.11 0.69

118 0.64 0.01 132.6 1.1 0.36 0.00 74.9 0.7 0.50 0.00 103.74 0.89

157 0.72 0.01 148.9 1.6 0.44 0.01 90.3 1.1 0.58 0.01 119.58 1.36

5 6

0 0.00 0.00 0.0 0.0 0.00 0.00 0.0 0.0 0.00 0.00 0.0 0.0

2 го с? <м 39 0.18 0.00 36.5 0.5 0.15 0.00 30.5 0.2 0.16 0.00 33.5 0.4

г-С2 г-сч 78 0.40 0.00 82.5 0.8 0.34 0.00 71.0 0.7 0.37 0.00 76.8 0.7

118 0.63 0.01 129.8 1.3 0.47 0.00 96.8 0.7 0.55 0.00 113.3 1.0

157 0.69 0.01 143.0 2.0 0.56 0.00 114.7 0.9 0.63 0.01 128.8 1.5

7 8

0 0.00 0.00 0.0 0.0 0.00 0.00 0.0 0.0 0.00 0.00 0.0 0.0

1 00 о 39 0.24 0.01 50.1 2.7 0.13 0.01 26.2 2.2 0.19 0.01 38.2 2.4

ич СП «ч 78 0.49 0.03 101.6 6.2 0.25 0.02 50.7 3.5 0.37 0.02 76.2 4.9

118 0.68 0.05 140.8 10.2 0.39 0.03 79.4 5.2 0.53 0.04 110.1 7.7

157 0.93 0.06 192.0 12.6 0.61 0.04 126.3 8.7 0.77 0.05 159.2 10.7

7 8

0 0.00 0.00 0.0 0.0 0.00 0.00 0.0 0.0 0.00 0.00 0.0 0.0

2 00 "О сГ г- 39 0.19 0.02 38.1 3.1 0.15 0.01 30.9 2.6 0.17 0.01 34.5 2.8

сч ю С2 78 0.49 0.03 100.9 5.3 0.35 0.02 71.1 4.5 0.42 0.02 86.0 4.9

118 0.63 0.05 128.8 10.4 0.38 0.03 77.5 5.4 0.50 0.04 103.1 7.9

157 0.80 0.06 164.3 12.1 0.45 0.05 92.4 10.4 0.62 0.05 128.3 11.3

9 10

0 0.00 0.00 0.0 0.0 0.00 0.00 0.0 0.0 0.00 0.00 0.0 0.0

1 о\ 00 39 0.22 0.02 45.1 3.4 0.12 0.01 24.2 2.2 0.17 0.01 34.7 2.8