Параметризация диаграммы Максвелла - Кремоны для определения усилий в элементах треугольной фермы типа «ножницы»

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Выполнен расчет по определению характера изменения значений усилий в элементах треугольной фермы типа «ножницы» в зависимости от положения точек примыкания ветвей её нижнего пояса к элементам верхнего пояса. Изыскание эффективных конструктивных решений ферм в контексте гармоничного сочетания максимальной прочности и минимального веса конструкции является устойчивым подходом к более рациональному использованию строительных материалов и развитию зеленого строительства. Это обуславливает актуальность данного направления исследований. Анализ вариантов конфигурации треугольной исследуемой фермы выполнен с помощью параметризованной диаграммы Максвелла - Кремоны, которая является наглядным инструментом в представлении результатов расчета и полноценно отражает зависимость усилий в элементах конструкции от ее параметров. Процесс исследований был воплощен с помощью табличного процессора MS Excel, что сложилось в программное средство для поиска эффективных конструктивных решений ферм типа «ножницы», которое в полной мере обладает потенциалом к дальнейшему совершенствованию и развитию. Функционал программы может быть расширен до возможности проектирования ферм типа «ножницы» из различных конструкционных материалов, а также для различных форм поперечного сечения ее элементов. Предлагаемый подход к расчёту таких конструкций может послужить основой для параметризации ферм с другими типами стержневой решётки.

Об авторах

Владимир Анатольевич Репин

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

Email: skia2000@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9107-6606
SPIN-код: 8650-1055

кандидат технических наук, доцент кафедры строительных конструкций, Институт архитектуры, строительства и энергетики

Владимир, Россия

Анастасия Васильевна Лукина

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

Автор, ответственный за переписку.
Email: pismo.33@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6065-678X
SPIN-код: 8745-0004

кандидат технических наук, доцент кафедры строительных конструкций, Институт архитектуры, строительства и энергетики

Владимир, Россия

Артем Андреевич Стрекалкин

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

Email: a.a.strekalkin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6338-6241
SPIN-код: 6632-0378

кандидат технических наук, доцент кафедры строительных конструкций, Институт архитектуры, строительства и энергетики

Владимир, Россия

Список литературы

  1. Гарифуллин М.Р., Наумова Е.А., Жувак О.В., Барабаш А.В. Суррогатное моделирование в строительстве // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2016. № 2(41). С. 118–132. EDN VPWHRR
  2. Чибрикин Д.А., Лукин М.В., Лукина А.В., Тюрикова Т.В., Рощина С.И. Численное исследование напряженнодеформированного состояния модифицированной деревянной балки // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2022. № 3(387). С. 167–178. http://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-3-167-178
  3. Schulze B., Millar C. Graphic statics and symmetry. International Journal of Solidsand Structures. 2023. Vol. 283. http://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2023.112492
  4. Markou A.A., Ruan G. Graphic statics: projective funicular polygon// Structures. 2022. Vol. 41. P.1390–1396. http://doi.org/10.1016/j.istruc.2022.05.049
  5. Lu Y., Hablicsek M., Akbarzadeh M. Algebraic 3D Graphic Statics with Edge and Vertex Constraints: A Comprehensive Approach to Extend the Solution Space for Polyhedral Form-Finding // Computer-Aided Design. 2024. Vol. http://doi.org/10.1016/j.cad.2023.103620
  6. Radhi A., Iacobellis V., Behdinan K. Manipulation of topologically optimized structures using graphic statics // Materialsand Design. 2021. Vol. 198. http://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109286
  7. Sergeev M., Rimshin V., Lukin M., Zdralovic N. Multi-span composite beam // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 896. https://doi.org/10.1088/1757-899X/896/1/012058
  8. Xu Z., Cui Y., Li B. Truss Structure Optimization Design Based on FE-PSO-SQP Algorithm. In: Kountchev R., Mironov R., Nakamatsu K. (eds). New Approaches for Multidimensional Signal Processing. NAME SP2022. Smart Innovation, Systems and Technologies. Singapore: Springer. 2022. Vol. 332. P. 151–158. https://doi.org/10.1007/978-981-19-7842-5_14
  9. Жидков К.Е., Зверев В.В., Капырин Н.В. Экспериментальные натурные исследования деревянных ферм на металлических зубчатых пластинах // Строительная механика и конструкции. 2021. № 4 (31). С. 90–98. https:// doi.org/10.36622/VSTU.2021.31.4.008
  10. Larsen S.D., Sigmund O., Groen J., Optimal truss and frame design from projected homogenization-based topology optimization // Structural and Multidisciplinary Optimization. 2018. Vol. 57(4). P. 1461–1474. https://doi.org/10.1007/s00158018-1948-9
  11. Лукин М.В., Чибрикин Д.А., Рощина С.И. Численные исследования модифицированных композитных балок с учетом физической нелинейности древесины // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2023. № 5(773). С. 5–19. https://doi.org/10.32683/0536-1052-2023-773-5-5-19
  12. Cai S., Zhang H., Zhang W. An integrated design approach for simultaneous shape and topology optimization of shell structures // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2023. Vol. 415. https://doi.org/10.1016/ j.cma.2023.116218
  13. Хохлов А.В. Свойства семейства кривых нагружения с постоянной скоростью, порождаемых нелинейной моделью вязкоупругопластичности типа Максвелла // Машиностроение и инженерное образование. 2017. № 1 (50). С. 57–71. EDN YLIVPZ
  14. Бузуруков Ж.И., Сегаев И.Н. Фермы // Приднепровский научный вестник. 2019. Т. 5. № 5. С. 12–15. EDN DNWNVJ
  15. Massafra A., Prati D., Predari G., Gulli R. Wooden truss analysis, preservation strategies, and digital documentation through parametric 3D modeling and HBIM workflow // Sustainability. 2020. Vol. 12(12). https://doi.org/10.3390/su12124975
  16. Репин В.А., Лукина А.В., Усов А.С. Рациональные конструктивные решения треугольных ферм // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2023. Т. 19. № 2. С. 199–209. http://doi.org/10.22363/1815-5235-202319-2-199-209
  17. Марутян А.С. Стальные решетчатые конструкции из квадратных труб с верхними поясами, усиленными швеллерами, и их расчет // Строительная механика и расчет сооружений. 2015. № 5(262). С. 62–69. EDN UIXKZX
  18. Ходяков В.А., Пастушков В.Г. Проектирование ферм с использованием линий главных напряжений // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2015. № 1. С. 131–147. EDN TXOYRR
  19. Bolhassani M., Akbarzadeh M., Mahnia M., Taherian R. On structural behavior of a funicular concrete polyhedral frame designed by 3D graphic statics // Structures. 2018. Vol. 14. P 56–68. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2018.02.002
  20. Холодарь Б.Г. Определение напряженно-деформированного состояния фермы с использованием диаграммы Максвелла-Кремоны // Вестник Брестского государственного технического университета. Строительство и архитектура. 2016. № 1(97). С. 39–42. EDN YWUOCL
  21. Шишов И.И., Лисятников М.С., Рощина С.И., Лукина А.В. Покрытие одноэтажного промышленного здания широкими балками коробчатого поперечного сечения ступенчато переменной высоты // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2021. Т. 21. № 1. С. 22–29. https://doi.org/ 10.14529/build210103
  22. van Sosin B., Rodin D., Sliusarenko H., Bartoň M., Elber G. The Construction of Conforming-to-shape Truss Lattice Structures via 3D Sphere Packing // CAD Computer-Aided Design. 2021. Vol. 132. https://doi.org/10.1016/j.cad. 2020.102962

© Репин В.А., Лукина А.В., Стрекалкин А.А., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах