Устойчивость равновесия упругих арок с учетом искривления оси
Автор: Дмитриев Андрей Николаевич, Семенов Александр Александрович, Лалин Владимир Владимирович
Журнал: Строительство уникальных зданий и сооружений @unistroy
Статья в выпуске: 4 (67), 2018 года.
Бесплатный доступ
В статье представлены результаты теоретических, численных и экспериментальных исследований устойчивости равновесия металлических арок, работающих в упругой стадии. Представлен обзор литературных источников по проблеме устойчивости равновесия арок. Произведены натурные испытания трех образцов при действии различных вариантов нагружения до наступления критического состояния. Выполнена обработка результатов и сравнение со значениями критических нагрузок, полученных при аналитическом и численном решениях задач. Предложена методика по определению критической нагрузки в ПК SCAD Office 21.1 с учетом геометрической нелинейности и моментности в виде серии линейных расчетов. Установлена удовлетворительная сходимость полученных значений (погрешность не превышает 9%).
Металлическая арка, устойчивость, аналитическое решение, эксперимент, численное решение, критическая нагрузка, деформированная схема
Короткий адрес: https://sciup.org/143163599
IDR: 143163599 | УДК: 624.046.3 | DOI: 10.18720/CUBS.67.2
Stability of the equilibrium of elastic arches with a deformed axis
The paper presents the results of theoretical, numerical and experimental researches of the stability of the equilibrium of metallic arches working in the elastic stage. A review of the literature on the stability of arches equilibrium is presented. The full-scale tests of three samples were performed under the action of various loading options before the onset of the critical state. The results are processed and compared with the values of the critical loads obtained in the analytical and numerical solutions of problems. A method for determining the critical load in SCAD Office 21.1 is proposed, taking into account the geometrically nonlinearity and bending moments in the form of a series of linear calculations. Satisfactory convergence of the obtained values is established (the error does not exceed 9%).
Список литературы Устойчивость равновесия упругих арок с учетом искривления оси
- Тимошенко С. П. Устойчивость стержней, пластин и оболочек. М.: Наука, 1971. 807 с.
- Тимошенко С. П. Устойчивость упругих систем. М.: Гостехиздат, 1946. 567 с.
- Динник А. Н. Устойчивость упругих систем. М.: ОНТИ НКТП СССР, 1939. 187 с.
- Лурье А. И. Теория упругости. М.: Наука, Физматгиз, 1970. 940 с.
- Николаи Е. Л. Труды по механике. М.: Гостехтеориздат, 1955. 582 с.
- Вольмир А. С. Устойчивость деформируемых систем. М.: Наука, 1967. 985 с.
- Корноухов Н. В. Исследование устойчивости пространственного каркаса по типу высотной части Дворца Советов. М.: АН УССР, 1938. 241 с.
- Корноухов Н. В. Прочность и устойчивость стержневых систем. М.: Госстройиздат, 1949. 376 с.
- Власов В. З. Избранные труды. Том 2. Тонкостенные упругие стержни. М.: АН СССР, 1963. 356 с.
- Алфутов H. A. Основы расчета на устойчивость упругих систем. М.: Машиностроение, 1991. 334 с.
- Алфутов H. A., Колесников К. С. Устойчивость движения и равновесия: учеб. для вузов. М.: Изд-во МГТУ, 2003. 253 с.
- Болотин B. B. О вариационных принципах теории упругой устойчивости.//Проблемы механики твердого деформируемого тела. Л.: Судостроение, 1970. С. 83-88.
- Болотин В. В. Динамическая устойчивость упругих систем. М.: Гостехиздат, 1956. 600 с.
- Болотин В. В. Неконсервативные задачи теории упругой устойчивости. М.: Физматгиз, 1961. 339 с.
- Болотин В. В. О понятии устойчивости в строительной механике.//Проблемы устойчивости в строительной механике: труды Всесоюз. конференции по проблемам устойчивости в строительной механике. М.: Стройиздат, 1965. С. 6-27.
- Пановко Я. Т., Губанова И. И. Устойчивость и колебания упругих систем. Современные концепции, парадоксы и ошибки. М.: Наука, 1987. 352 с.
- Смирнов А. Ф. О выборе алгоритма решения системы перекрестных балок с большим числом неизвестных//Строительная механика. 1962. № 155. С. 167-170.
- Смирнов А. Ф. Устойчивость и колебания сооружений. М.: Трансжелдориздат, 1958. 571 с.
- Смирнов А. Ф. Статическая и динамическая устойчивость сооружения. М.: Стройиздат, 1947. 340 с.
- Циглер Г. Основы теории устойчивости конструкций. М.: Мир, 1971. 192с.
- Ржаницин А. Р. Устойчивость равновесия упругих систем. М.: Гостеортехиздат, 1955. 475с.
- Феодосьев В. И. Десять лекций-бесед по сопротивлению материалов. М.: Наука, 1975. 174с.
- Броуде Б. М. Потеря устойчивости как предельное состояние. Строительная механика и расчет сооружений. 1970. № 6. С. 4-7.
- Папкович П. Ф. Труды по строительной механике корабля. Т.4. Устойчивость стержней, перекрытой и пластин. Л.: Судостроение, 1963. 552 с.
- Динник А. Н. Устойчивость арок. М.: Гостехтеориздат, 1946. 128 с.
- Колоколов С. Б. Методика подбора сечения стальной арки при помощи деформационного расчета//Вестник Оренбургского государственного университета. 2015. №5 (180). С. 151-154.
- Колоколов С. Б. Исследования устойчивости стальной параболической арки деформационным методом//Строительная наука -2014: теория, образование, практика, инновации: сборник трудов международ. научно-техн. конф. Архангельск: Изд-во ООО «Типография ТОЧКА», 2014. С. 213-217.
- Колоколов С. Б. Исследование процесса деформирования арочной конструкции как способ оценки ее устойчивости//Вестник Оренбургского государственного университета. 2010. №2 (108) С.150-153.
- Колоколов С. Б. Деформирование и устойчивость стальных арок//Эффективность строительных конструкций: теория и практика: сборник статей X Международной научно-практической конференции. Пенза: Приволжский Дом знаний, 2010. С. 92-95
- Колоколов С. Б. Деформационный расчет и устойчивость стальных арок//Инновационные строительные технологии, теория и практика: материалы научно-техн. конф. Оренбург: Изд-во ОГУ, 2013. С. 82-86.
- Грудев И. Д. Устойчивость стержневых элементов в составе стальных конструкций. М.: МИК, 2005. 319 с.
- Грудев И. Д., Симон Н. Ю., Дворников В. А. Форма оси, конструкция и расчет устойчивости арок//Промышленное и гражданское строительство. 2008. №5. С. 22-24.
- Улитин В. В. Физически нелинейный анализ устойчивости конструкций. СПб.: ГИОРД, 2007. 96 с.
- Улитин В. В., Егоров В. В., Серов Е. В. Анализ устойчивости при сложном напряженном состоянии и физической нелинейности//Вестник гражданских инженеров. 2016. №6 (59). С. 121-122.
- Мануйлов Г. А., Косицын С. Б., Бегичев М. М. Исследование устойчивости круговых двухшарнирных арок с учетом влияния начальных несовершенств//Строительная механика и расчет сооружений. 2009. №1. С.17-23.
- Мануйлов Г. А., Косицын С. Б., Бегичев М. М. Численное исследование пространственной устойчивости упругих круговых защемленных арок//INTERNATIONAL JOURNAL FOR COMPUTATIONAL CIVIL AND STRUCTURAL ENGINEERING. 2013. №1. С.78-84.
- Мануйлов Г. А., Косицын С. Б., Бегичев М. М. Экспериментальное и численное исследования устойчивости равновесия преднапряженных двухшарнирных арок с учетом начальных несовершенств//Инженерные системы 2012: Труды V международной научно-практической конференции. М.: Издательство РУДН, 2012. С. 124-130.
- Юнусов А. С. Арочные конструкции, востребованные времени, в строительной науке и технике//Инженерный вестник Дона. 2016. №1 (40). С. 44.
- Камалов А. З., Хамидуллина А. А. К вопросу исследования напряженно-деформированного состояния и устойчивости арочных сооружений//Известия КГАСУ. 2012. №4. С. 130-138.
- Yongjun Xu, Xiaoming Gui, Bin Zhao, Ruiqi Zhou. In-plane elastic stability of arches under a radial concentrated load. Engineering. 2014. No. 6. Pp. 572-583.
- Qinghua Han, Yuhao Cheng, Yan Lu, Tao Li, Peng Lu. Nonlinear buckling analysis of shallow arches with elastic horizontal supports. Thin walled Structures. 2016. No. 109. Pp. 88-102.
- Wen-Liang Qiu, Chin-Sheng Kao, Chang-Huan Kou, Jeng-Lin Tsai, Guang Yang. Stability analysis of special-shape arch bridge. Tamkang Journal of Science and Engineering. 2010. No. 4. Pp. 365-373.
- Yue Geng, Gianluca Ranzi, Yu-Tao Wang, Yu-Yin Wang. Out-of-plane creep buckling analysis on slender concrete-filled steel tubular arches. Journal of Constructional Steel Research. 2018. No. 140. Pp. 174-190.
- Ricardo A.M. Silveira, Christianne L. Nogueira, Paulo B. Gonçalves. A numerical approach for equilibrium and stability analysis of slender arches and rings under contact constraints. International Journal of Solids and Structures. 2013. No. 50. Pp. 147-159.
- Yong-Lin Pi, M. A. Bradford. Non-linear buckling and postbuckling analysis of arches with unequal rotational end restraints under a central concentrated load. International Journal of Solids and Structures. 2012. No. 49. Pp. 3762-3773.
- Chen Jen-San, Shao-Yu Hung. Exact snapping loads of a buckled beam under a midpoint force. Applied Mathematical Modelling. 2012. No. 36. Pp. 1776-1782.
- Adel Abdelgawad, Ahmed Anwar, Mohamed Nassar. Snap-through buckling of a shallow arch resting on a two-parameter elastic foundation. Applied Mathematical Modelling. 2013. No. 37. Pp. 7953-7963.
- Ai-Rong Liu, Yong-Hui Huang, Qi-Cai Yu, Rui Rao. An analytical solution for lateral buckling critical load calculation of leaning-type arch bridge. Mathematical Problems in Engineering. 2014. No. 2015. 14 p.
- Dimopoulos C. A, Gantes C. J. Nonlinear in-plane behavior of circular steel arches with hollow circular cross-section. Journal of Constructional Steel Research. 2008. No. 64. Pp. 1436-1445.
- Снитко Н.К. Устойчивость сжатых и сжато-изогнутых стержневых систем. М.: Госстройиздат, 1956. 207 с.
- Снитко Н. К. Устойчивость стержневых систем в упругопластической области. Л.: Стройиздат, 1968. 249 с.
- Себешев В. Г., Чаплинский И. А., Мищенко А. В. Предельное равновесие арок: учебное пособие. Новосибирск: НИСИ, 1990. 92 с.
- Мельников Б. Е., Семенов А. С. Многомодельный анализ упругопластического деформирования материалов и элементов конструкций.//НТВ СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2007. № 49. С. 86-97.
- Ткаченкова В. П., Киметова Н. Р., Лалин В. В. Решение геометрически нелинейной задачи о деформации упругого консольного стержня при внецентренном сжатии//Синергия Наук. 2017. № 11. С. 878-904
- Лалин В. В., Лалина И. И., Кузнецова Д. А. Доказательство ошибочности классических результатов в теории устойчивости стержня Тимошенко//Материалы XI международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях (NPNJ'2016). М.: Изд-во МАИ. 2016. С. 356-358.
- Лалин В. В., Зданчук Е. В., Кушова Д. А., Розин Л. А. Вариационные постановки нелинейных задач с независимыми вращательными степенями свободы//Инженерно-строительный журнал. 2015. № 4(56). С. 54-65.
- Лалин В. В., Судинов В. В. Реализация метода конечных элементов в задачах устойчивости тонкостенных стержней для полусдвиговой теории В. И. Сливкера//Синергия Наук. 2017. № 11. С. 858-877.
- Гарифулин М. Р., Ватин Н. И. Устойчивость тонкостенного холодногнутого профиля при изгибе -краткий обзор публикаций//Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014. № 6(21). С. 32-57.
- Nazmeeva T. V., Vatin N. I. Numerical investigations of notched C-profile compressed members with initial imperfections. Magazine of Civil Engineering. 2016. No. 2(62). Pp 92-101.
- Перельмутер A. B., Сливкер В. И. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа. М.: ДМК пресс, 2007. 597с.
