Напряженно-деформированное состояние элементов каркасных сооружений из тонкостенных стержней

Автор: Рыбаков Владимир Александрович, Гамаюнова Ольга Сергеевна

Журнал: Строительство уникальных зданий и сооружений @unistroy

Статья в выпуске: 7 (12), 2013 года.

Бесплатный доступ

Данная статья посвящена обзору особенностей и проблем анализа напряженно-деформированного состояния (НДС) в элементах тонкостенных каркасных конструкций открытого и замкнутого профилей, а также некоторых специфических эффектах их работы (депланация поперечного сечения, «бимоментное» распределение нормальных напряжений по сечению и др.). Каркасные конструкции и сооружения данного типа на сегодняшний день открывают перспективное направление развития строительства в России и могут быть использованы, в частности, при строительстве уникальных зданий и сооружений гражданского назначения.В статье показана на конкретных примерах неприменимость гипотезы плоских сечений при анализеНДС тонкостенных стержней.Предложено использование полусдвиговой теории Сливкера В. И. в качестве теории, позволяющей применять единый алгоритм при расчете тонкостенных конструкций из стержней открытого, замкнутого и комбинированного профилей, что является важным при использовании метода конечных элементов и современных информационных технологий.

Еще

Коэффициент влияния формы сечения, factor оf cross-section influence, тонкостенный стержень, депланация, бимомент, стесненное кручение, метод конечных элементов, деформация сдвига

Короткий адрес: https://sciup.org/14322026

IDR: 14322026

Список литературы Напряженно-деформированное состояние элементов каркасных сооружений из тонкостенных стержней

Ададуров Р. А. Определение касательных напряжений в тонкостенных конструкциях вблизи заделки//Труды ЦАГИ. 1947. № 614. С. 1-13.
Айрумян Э. Л., Белый Г. И. Исследование работы стальной фермы из холодногнутых профилей с учетом их местной и общей устойчивости//Промышленное и гражданское строительство. 2010. № 5. С. 41-44.
Айрумян Э. Л., Каменщиков Н. И. Рамные конструкции стального каркаса из оцинкованных гнутых профилей для одноэтажных зданий различного назначения//Мир строительства и недвижимости. 2006. №36. С. 9-11.
Александров В. Г. Расчет тонкостенных неразрезных балок на совместное действие изгиба и кручения при подвижной нагрузке/дисс. на соиск. учен. степ. к.т.н. Спец.: 05.23.01. Ростов н/Д, 1948. 130 с.
Альхименко А. И., Ватин Н. И., Рыбаков В. А. Технология легких стальных тонкостенных конструкций. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. 27с.
Анучкин А. П. Изыскание оптимальных форм балок и колонн из тонкостенных штампованных профилей/дисс. на соиск. учен. степ. к.т.н. Спец.: 05.23.01. М., 1949. 169 с.
Бейлин Е. А. Общие уравнения деформационного расчета и устойчивости тонкостенных стержней//Строительная механика и расчет сооружений. 1967. №4. С. 1-3.
Бейлин Е. А. Статика и динамика тонкостенных криволинейных стержней произвольного профиля//Известия вузов. Строительство. 1997. № 7. С. 19-26.
Бейлин Е. А. Элементы теории кручения тонкостенных стержней произвольного профиля -С.Пб: Изд-во СПбГАСУ, 2003. 113 с.
Белый А. Г. Деформационный расчет и устойчивость тонкостенных призматических стержней произвольного профиля сжатых с двухосным эксцентриситетом/дисс. на соиск. учен. степ. к.т.н., Спец.: 05.23.17. СПб., 2000. 114 с.
Белый Г. И. Влияние эксцентричного опирания концов и уровня приложения нагрузки на устойчивость плоской формы изгиба тонкостенного криволинейного стержня//Сб.трудов ЛИСИ. 1974. С. 18-25.
Белый Г. И. Расчет упругопластических тонкостенных стержней по пространственно-деформируемой схеме//Межвуз. темат. сб. тр. 1983. №42 (Строительная механика сооружений). С. 40-48.
Брудка Я., Лубиньски М. Легкие стальные конструкции. Изд. 2-е, доп, Пер. с польск./Под ред. С.С. Кармилова. М., Стройиздат, 1974. 342с.
Бычков Д. В., Мрощинский А. К. Кручение металлических балок/Д.В. Бычков М.: Стройиздат, 1944. 260 с.
Бычков Д. В. Расчет балочных и рамных стержневых систем из тонкостенных элементов. М.: Стройиздат, 1948. 208 с.
Бычков Д. В. Строительная механика стержневых тонкостенных конструкций/Д.В. Бычков. М.: Госстройиздат, 1962. 476 с.
Конструирование зданий и сооружений. Легкие стальные тонкостенные конструкции: учеб. руководство/Ватин Н. И., Жмарин Е. Н., Куражова В. Г., Усанова К. Ю. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. 266 с.
Ватин Н. И., Попова Е. Н. Термопрофиль в легких стальных тонкостенных конструкциях. СПб.:Изд-во Политехн. ун-та, 2006. 63с.
Ватин Н. И., Рыбаков В. А. Расчет металлоконструкций: седьмая степень свободы//Журнал «СтройПРОФИль». 2007. № 3(57). С.32-35.
Ветюков Ю. М., Елисеев В. В. Упругие деформации и устойчивость равновесия тонкостенных стержней открытого профиля//Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2007. № 52-1. С. 49-53.
Ветюков Ю. М. Крутильно-продольные колебания бурильной колонны с долотом режущего типа:/дисс. на соиск. учен. степ. к.т.н., Спец.: 01.02.06. СПб., 2004. 137 с.
Власов В. З. Тонкостенные упругие стержни (прочность, устойчивость, колебания) М.:Стройиздат, 1940. 276 с.
Власов В. З. Избранные труды Т. 2. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 507 с.
Власов В. З. Тонкостенные упругие стержни. М.: Физматгиз, 1959. 568 с.
Воробьев Л. Н. Деформационный расчет и устойчивость тонкостенных стержней открытого профиля//Сб.научн.тр. Новочеркасского политехнического института. 1958. Том 69/83. С.3-48.
Горбунов Б. Н., Стрельбицкая А. И. Теория рам из тонкостенных стержней. М.: Гостехиздат, 1948. 198 с.
Гордеева А. О., Ватин Н. И. Расчетная конечно-элементная модель холодногнутого перфорированного тонкостенного стержня в программно-вычислительном комплексе SCAD Office//Инженерно-строительный журнал. 2011. №3(21). С. 36-46
Гуркова М. А. Кручение тонкостенного стержня открытого и замкнутого профиля и автоматизация процесса расчета/дисс. на соиск. учен. степ. к.т.н., Спец.: 05.23.17. М., 2000. 168 с.
Дарков А. В., Шапошников Н. Н. Строительная механика. М.: Высшая школа,1986. 607 с.
Джанелидзе Г. Ю., Пановко Я. Г. Статика упругих тонкостенных стержней. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1948. 208 с.
Дьяков И. Ф., Чернов С. А. К расчету оболочки, укрепленной тонкостенными стержнями//Автоматизация и современные технологии: ежемесячный межотраслевой научно-технический журнал. 2008. №1. С. 16-20.
Дьяков С. Ф., Лалин В. В. Построение и анализ конечных элементов тонкостенного стрежня открытого профиля с учетом деформации сдвига при кручении//Вестник Пермского государственного технического университета. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности. 2011. № 2. С. 130-148.
Егоров В. В. Свободные колебания тонкостенных криволинейных стержней произвольного профиля, загруженных параметрической нагрузкой/дисс. на соиск. учен. степ. к.т.н., Спец.: 05.23.17. СПб, 2001. 127 с.
Жмарин Е. Н., Рыбаков В. А. ЛСТК -инструмент для реализации программы «Доступное и комфортное жилье»//Журнал «СтройПРОФИль». 2007. № 6(60), № 7(61). С. 166-167.
Закон Санкт-Петербурга от 05.05.2006 N 221-32 "О жилищной политике Санкт-Петербурга" (принят ЗС СПб 26.04.2006. ред. от 02.11.2007).
Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. Пер. с англ./под ред. Победри Б. Е. М.: Мир, 1975. 511 с.
Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. Пер. с англ./под ред. Бахвалова Н. С. М.: Мир, 1986. 318 с.
Золотарева Е. А., Петров К. В., Рыбаков В. А. Обоснование целесобразности реконструкции жилых домов фонда первых массовых серий (ФПМС) с надстройкой мансардных этажей//XXXVIII Неделя науки СПбГПУ: материалы международной научно-практической конференции. Ч.1. 2009. С. 206-207.
Иванов В. Н. Геометрические исследования, формообразование, разработка методов расчета и численный анализ напряженно-деформированного состояния тонкостенных оболочек сложной формы с системой плоских координатных линий/дисс. на соиск. учен. степ. д.т.н., Спец.: 05.23.17. Москва, 2006. 394 с.
Икрин В. А. Сопротивление материалов с элементами теории упругости и пластичности: Учебник для студентов, обучающихся по направлению 653500 «Строительство». М: Изд.АСВ, 2004. 424 с.
Каменских И. В. Математическое и численное моделирование задач устойчивости тонкостенных конструкций методом модуль-элементов/дисс. на соиск. учен. степ. д.ф-м. н. Спец: 05.13.18. Комсомольск-на-Амуре, 2004. 210 c.
SCAD OFFICE. Формирование сечений и расчет их геометрических характеристик/Карпиловский В. С., Криксунов Э. З., Перельмутеp А. В., Перельмутер М. А. М: Издательство АСВ, 2004. 80с.
Карпиловский В. С., Криксунов Э. З., Маляренко А. А., Перельмутер А. В., Перельмутер М. А. Вычислительный комплекс SCAD. М: Издательство АСВ, 2007. 592с.
Катранов И. Г. Испытания и расчет винтовых соединений легких стальных тонкостенных конструкций на растяжение//Вестник МГСУ. 2010. № 2. С. 89-93.
Клименко А. Н., Распорский В. В., Рыбаков В. А. Легкие стальные тонкостенные термопанели как наружные ограждающие конструкции//XXXVIII Неделя науки СПбГПУ: материалы международной научно-практической конференции. Ч.1. 2009. С.208-209.
Константинов И. А. Строительная механика: учебник/Константинов И. А., Лалин В. В., Лалина И. И; Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. М.: [Проспект]: [Кнорус], 2010. 425 с.
Константинов И. А. Теория упругости. Расчет плоских элементов сооружений с использованием программы SCAD: учеб. пособие/Константинов И. А., Лалин В. В., Лалина И. И.; Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. 87 с.
Константинов И. А. Строительная механика: Расчет стержневых систем с использованием программы SCAD: учебно-методический комплекс/Константинов И. А., Лалин В. В., Лалина И. И.; Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. 449 с.
Константинов И. А. Строительная механика. Расчет стержневых систем с использованием программы SCAD: учебное пособие/Константинов И. А., Лалин В. В., Лалина И. И.; Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008-2009. Ч.2: Учебно-методический комплекс. 2009. 227 с.
Кузьменко Д. В., Ватин Н. И. Ограждающая конструкция «нулевой» толщины-термопанель//Инженерно-строительный журнал. 2008. №1. С.13-21.
Кузьмин Н. А., Лукаш П. А., Милейковский И. Е. Расчет конструкций из тонкостенных стержней и оболочек. М.: Госстройиздат, 1960. 264 с.
Куражова В. Г., Назмеева Т. В. Виды узловых соединений в легких стальных тонкостенных конструкциях//Инженерно-строительный журнал. 2011. №3(21). С. 47-52.
Куц А. С., Рыбаков В. А. Обоснование конструктивных и технологических решений при реконструкции зданий старого фонда с надстройкой мансард//XXXVIII Неделя науки СПбГПУ: материалы международной научно-практической конференции. Ч.1. 2009. С. 210-211.
Лалин В. В., Колосова Г. С. Курс лекций по теории упругости: учеб. пособие; Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. 135 с.
Лалин В. В. Различные формы уточнения нелинейной динамики упругих стержней//Механика материалов и прочность конструкций. Труды СПбГПУ №489, СПб. Изд-во СПбГПУ, 2004, С.121-128
Лалин В. В., Колосова Г. С. Численные методы в строительстве. Решение одномерных задач методом конечных элементов: Учеб.пособие; СПбГТУ. Санкт-Петербург. Изд-во СПбГТУ, 2001. 72 с.
Лалин В. В., Рыбаков В. А. Конечные элементы для расчета ограждающих конструкций из тонкостенных профилей//Инженерно-строительный журнал. 2011. №8(26). С. 69-80.
Лалин В. В., Рыбаков В. А., Морозов С. А. Исследование конечных элементов для расчета тонкостенных стержневых систем//Инженерно-строительный журнал. 2011. №1(27). С. 53-73.
Лимаренко А. М. Моделирование и методы расчета корпусных деталей станков/дисс. на соиск. учен. степ. к.т.н. Спец.: 05.02.02. Одесса, 2008.
Малинин М. Ю. Исследование напряженно-деформированного состояния пространственных тонкостенных конструкций сложной геометрии методом конечных элементов/дисс. на соиск. учен. степ. к.т.н. Спец.:01.02.04. Брежнев, 1984. 153 с.
Мельников Б. Е., Семенов А. С., Семенов С. Г. Многомодельный анализ упругопластического деформирования материалов и конструкций. Современное состояние//Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. 2010. №53. С. 48-57
Мещеряков В. Б. О кручении тонкостенных стержней//Сб. научн. тр. Моск. ин-т. инж. ж-д. тр-та. 1967. Вып.236. С.77-85.
Мещеряков В. Б. Общие уравнения теории тонкостенных стержней открытого профиля с учетом сдвигов//Сб.научн.тр. Моск. ин-т. инж. ж-д. тр-та. 1967. Вып.236. С.77-85.
Назмеева Т. В. Обеспечение пространственной жесткости покрытия в зданиях из ЛСТК//Инженерностроительный журнал. 2009. №6(8). С. 12-15.
Никольчак М. В., Беженар И. С., Рыбаков В. А. Обоснование целесообразности применения технологии легких стальных тонкостенных конструкций в коттеджном строительстве//XXXVIII Неделя науки СПбГПУ: материалы международной научно-практической конференции. 2009. Ч.1. С.219.
Оробей В.Ф., Сурьянинов Н. Г., Лимаренко А. М. Анализ напряженно-деформированного состояния тонкостенного стержня открытого профиля в программе ANSYS//Труды ОГАСА. 2005. Вып.17. С.195-200.
Осокин А. В. Развитие метода конечных элементов для расчета систем, включающих тонкостенные стержни открытого профиля/дисс. на сосик. учен. степ. к.т.н. Спец.: 05.23.17. М., 2010. 134 с.
Сопротивление материалов: учебное пособие/Павлов П. А., Паршин Л. К., Мельников Б. Е., Шерстнев В. А.//Под ред. Б.Е. Мельникова. 2-е изд., испр. и доп. СПб.: Изд. "Лань", 2007г. 560 c.
Перельмутер А. В., Сливкер В. И. Устойчивость равновесия конструкций и родственные проблемы. М.: Изд-во СКАД СОФТ, 2010. Том 1. 704 с.
Перельмутер А. В., Сливкер В. И., Устойчивость равновесия конструкций и родственные проблемы. М: Изд-во СКАД СОФТ, 2010. Том 2. 672 с.
Перельмутер А.В., Сливкер В.И., Устойчивость равновесия конструкций и родственные проблемы. т. 3/А.В. Перельмутер, В.И. Сливкер. М: Изд-во СКАД СОФТ, 2011. 388 с.
Постановление Правительства Санкт-Петербурга от 10.02.2000 N 4 "О региональной программе реконструкции жилых домов первых массовых серий в Санкт-Петербурге"
Постнов В. А. Численные методы расчета судовых конструкций/В.А. Постнов. Л.: Судостроение, 1974.344 с.
Постнов В. А., Хархурим И. Я. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций/В.А. Постнов. -Л.: Судостроение., 1974. 342 с.
Перельмутер А. В., Сливкер, В. И. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа. М.: Изд-во ДМК Пресс. 2002. 618 с.
Рыбаков В. А. Основы строительной механики легких стальных тонкостенных конструкций: учеб. Пособие. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2011. 207 с.
Семенов А. С., Мельников Б. Е., Горохов М. Ю. Циклическая нестабильность при расчетах больших упругопластических деформациях//Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного технического университета. 2003. Т. 33. №3. С.129
Серпик И. Н. Одноуровневые многосеточные алгоритмы решения задач строительной механики тонкостенных конструкций/дисс. на соиск. учен. степ. д.т.н. Спец.: 05.23.17. Брянск. 1999.
Синельщиков А. В., Юзиков В. П. // Математическая модель тонкостенного стержневого конечного элемента с прямолинейной осью и переменным сечением // Промышленное и гражданское строительство (ПГС). 2007.№9.С. 19-21.
Сливкер В. И. Строительная механика. Вариационные основы. Учебное пособие. М.:Изд-во АСВ, 2005.736 с.
Смазнов Д. Н. Устойчивость при сжатии составных колонн, выполненных из профилей из высокопрочной стали//Инженерно-строительный журнал. 2009. №3(5). С. 42-49.
Смазнов Д. Н. Конечноэлементное моделирование работы жестких вставок тонкостенных холодноформованных стальных профилей//Научный журнал КубГАУ. 2011. №67(03). С. 1-13.
СП 16.13330.2011 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81
Сурьянинов Н. Г. Обобщение метода граничных элементов к расчету стержней, пластин и оболочек/дисс. на соиск. учен. степ. д.т.н. Спец.: 01.02.04. Луцк, 2010.
Тананайко О. Д., Шварц М. А. Смешанный метод расчета стержневых систем на прочность, колебания и устойчивость//Тр. ЛИИЖТ. 1976. Вып. 40. С. 23-28. 86.
Тимошенко С. П. Об устойчивости плоской формы изгиба двутавровой балки//Изв. С Петербургского политех. института. 1905. т.4.вып.3-4.,1906.т.5. вып. 1-4.
Тимошенко С. П. Об устойчивости упругих систем//Изв. Киевского политехнического института. 1910. Кн.4. 182 с.
Тимошенко С.П. История науки о сопротивлении материалов: с краткими сведениями из теории упругости и теории сооружений: Пер. с англ./Под ред. А.Н. Митинского. Изд. 2-е, стереотипное. М.: КомКнига, 2006. 536с.
Тугаев А. С. Устойчивость пластин и тонкостенных стержней/дисс. на соиск. учен. степ к.т.н. Спец.: 01.02.03. М, 2007.
ТУ 1121-001-1383-0080-2003. Профили стальные оцинкованные для системы каркасного строительства (ООО «Балтпрофиль»).
Туснин А. Р. Расчет и проектирование конструкций из тонкостенных стержней открытого профиля/автореферат на соиск. учен. степ. к.т.н. Спец.: 05.23.01. М., 2004. 37 с.
Уманский А. А. Кручение и изгиб тонкостенных авиаконструкций. М.:Оборонгиз, 1939. 112 с.
Хайруллин Ф. С. Вариационные методы расчета тонкостенных конструкций сложной формы на основе аппроксимирующих функций произвольного порядка с конечными носителями/дисс. на соиск учен. степ. ф-м. наук. Спец.: 01.02.04. Казань, 2007. 267 с.
Чернов С. А., Дьяков И. Ф. К расчету пространственной тонкостенной стержневой системы//Автоматизация и современные технологии: ежемесячный межотраслевой научно-технический журнал. 2008. №2. С. 3-6.
Шатов Д. С. Конечноэлементное моделирование перфорированных стоек открытого сечения из холодногнутых профилей//Инженерно-строительный журнал. 2011. №3(21). С. 32-35.
Шварцман Б. С. Экстраполяционный метод нахождения численных решений с заданной точностью//Строительная механика и расчёт сооружений. 1992. С. 157-162.
Шишкин В. М. Разработка эффективных методов расчета тонкостенных конструкций с учетом пластических и демпфирующих свойств материала/дисс. на соиск. учен. степ. д.т.н. Спец.: 05.13.18. Казань, 2008. 414 с.
Юрченко В. В. Проектирование каркасов зданий из тонкостенных холодногнутых профилей в среде SCAD Office//Инженерно-строительный журнал. 2010. №8(18). С. 38-46.
Яваров А. В., Беляев Д. И., Лалин В. В. Расчет конструкций с односторонними связями в интегрированном программном комплексе SOFiSTiK.//Международный научно-практический семинар «Системы автоматизированного проектирования на транспорте». ПГУПС, 2010, С. 80-84
Экспериментально-теоретическое определение несущей способности металлических стеллажей [Электронный ресурс]/М.Ю. Горохов, Б.Е. Мельников, В.А. Шерстнев, А.С. Семенов. Электрон. текстовые дан. (1 файл: 116 Кб)//Материалы Недели науки СПбГПУ 24 -29 ноября 2003г. Систем. Требования: Adobe Acrobat Reader 4.0. URL:http://www.unilib.neva.ru/dl/004068.pdf (дата обращения: 12.12.2012).
Эльсгольц Л. Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление. М.: Наука, 1969. 424с.
Юзиков В. П. Завьялова О. Б. Расчет тонкостенных стержней открытого профиля с учетом сдвига срединной поверхности//Известия вузов. Строительство. 2011. N 1. С. 108-115.
Cheng Y., Schafer B. W. Distortional buckling of cold-formed steel members in bending. Maryland: American Iron and Steel Institute Baltimore, 2005. 213 p.
Kacianauskas R., Samofalov M. Semi-analitical finite elements for the stability analysis of thin-walled beams/R. Kacianauskas//Conference on Computational Mechanics. June 26-29, 2001 Cracow. Poland
Saade K. Finite element modeling of shear in thin walled beams with a single warping function. Bruxellesl, 2005. 134 p.
Sedlacek G., Bild, J. Ungermann, D. On the buckling of plates -Some recent developments in light weight structures//4th international conference on aluminium weldments, Tokyo. 1988. Pp.10-17.
Schafer, B.W. Local, distortional, and euler buckling of thin-walled columns//Journal of structural engineering. 2002. 11 p.
Schafer W., Pekoz T. Computational modeling of cold-formed steel: characterizing geometric imperfections and residual stresses/W. Schafer//Journal of Constructional Steel Research. №47. 1998. Pp.193-210.
Semenov A.S., Melnikov B.E., Gorokhov M.Yu., Ulbricht, V. Prevention of cyclic instability at the modeling of elasto-plastic deformation at large strains under proportional and non-proportional loading//Proc. of 9th International Workshop on Nondestructive Testing and Computer Simulations in Science and Engineering. Poland. Nanodesign, Technology, and Computer Simulations. Proc. of SPIE. Washington. 2007. Vol. 6597. Pp. 6597101-6597118.

Еще

Статья научная