По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 624.041.1

Формулы для оценки жесткости, прочности и устойчивости шпренгельной фермы

М. Н. Кирсанов д-р физ.-мат. наук, профессор, НИУ «МЭИ», г. Москва

Получены аналитические зависимости прогиба и усилий в наиболее сжатых и растянутых элементах плоской статически определимой фермы. Для определения усилий в стержнях использована программа, написанная на языке символьной математики Maple. Найдена асимптота решения, доказывающая наличие экстремальной точки на кривой прогиба.

Литература:

1. Salimov M.S. The formula for deflection of a composite truss, loaded on the bottom flange // Science almanac. – 2017. – № 2–3(28). – С. 272–274. DOI: 10.17117/ na.2017.02.03.272.

2. Smirnova A.A., Rakhmatulina A.R Analytical calculation of the displacement of the truss support // Science almanac. – 2017. – № 2–3(28). – С. 275–278. DOI: 10.17117/ na.2017.02.03.275.

3. Rakhmatulina A.R., Smirnova A.A. The dependence of the deflection of the arched truss loaded on the upper belt, on the number of panels // Science almanac. – 2017. – № 2–3(28). – С. 268–271. DOI: 10.17117/ na.2017.02.03.268.

4. Кирсанов М.Н. К выбору решетки балочной фермы // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. – 2017. – № 3. – С. 23–27.

5. Гриднев С.Ю., Кирсанов М.Н., Овчинников И.Г. Статический расчет двухраскосной балочной фермы // Науковедение. – 2016. – Т. 8. – № 6. – Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/99TVN616.pdf (доступ свободный).

6. Кирсанов М.Н. Формулы для расчета прогиба и усилий в стержнях симметричной балочной фермы // Строительство и реконструкция. – 2017. – № 1 (69). – С. 19–23.

7. Кирсанов М.Н. Индуктивный вывод формул для деформаций плоской решетчатой фермы // Строительство и реконструкция. – 2017. – № 2 (70). – С. 17–22.

8. Кирсанов М.Н. Аналитический расчет прогиба распорной фермы с произвольным числом панелей // Механизация строительства. – 2017. – № 3 (873). – С. 26–29.

9. Кирсанов М.Н. Формулы для расчета прогиба и усилий в решетчатой ферме // Механизация строительства. – 2017. – № 4 (874). – С. 20–23.

10. Кирсанов М.Н. Аналитический расчет прогиба двухпролетной плоской фермы // Механизация строительства. – 2017. – № 5. – С. 35–38.

11. Кирсанов М.Н. Аналитическое исследование жесткости пространственной статически определимой фермы // Вестник МГСУ. – 2017. – Т. 12. – Вып. 2 (101). – С. 165–171.

12. Кирсанов М.Н., Маслов А.Н. Формулы для расчета прогиба балочной многорешетчатой фермы // Строительная механика и расчет сооружений. – 2017. – № 2 (271). – С. 4–10.

13. Кирсанов М.Н. Аналитический расчет плоской регулярной фермы с растянутыми раскосами // Строительная механика и расчет сооружений. – 2017. – № 3 (272). – С. 31–35.

14. Кирсанов М.Н. Точное решение задачи о прогибе балочной фермы с произвольным числом панелей в системе Maple // Строительство: наука и образование. – 2017. – Т. 7. – № 1 (22). – Ст. 1. – Режим доступа: http://nso-journal.ru. DOI: 10.22227/2305-5502.2017.1.1.

15. Кирсанов М.Н., Заборская Н.В. Деформации периодической фермы с раскосной решеткой // Инженерно-строительный журнал. – 2017. – № 3 (71). – С. 61–67.

16. Kirsanov M.N. Analysis of the buckling of spatial truss with cross lattice//Magazine of Civil Engineering. – 2016. – № 4. – P. 52–58. DOI: 10.5862/MCE.64.5.

17. Kirsanov M.N., Lafickova M.G., Nikitina A.S. An inductive derivation of the dependence of the arched truss deflection on the number of panels // Научный альманах. – 2017. – № 4–3(30). – С. 205–208. DOI:10.17117/ na.2017.04.03.205.

18. Кирсанов М.Н. Maple и Maplet. Решения задач механики. – СПб.: Изд-во Лань, 2012. – 512 с.

Расчет и проектирование ферменных конструкций с большим числом элементов, как правило, обычно производят в специализированных пакетах, основанных на методе конечных элементов. Несмотря на сравнительную простоту работы с этими пакетами и их универсальность, отметим, что в последнее время для расчетов строительных конструкций все больше используются аналитические (формульные) решения. Это связано в основном с развитием систем компьютерной математики (Mathematica, Maple, Maxima). Имеются расчеты плоских [1–15] и пространственных [16] ферм с использованием метода индукции, позволяющего получать решения, зависящие от числа панелей. Последнее открывает широкие возможности для точного (в пределах модели) расчета больших и сверхбольших проектируемых пролетов, именно тех, где стандартные и, вроде бы хорошо апробированные, численные пакеты дают погрешности, связанные с накоплением ошибок округления. Наиболее эффектны задачи о прогибе регулярных конструкций, решение которых зависит от одного (или более [17]) натурального параметра – числа ячеек периодичности. Именно такая ферма шпренгельного типа рассматривается ниже.

Ферма на рис. 1 представляет собой плоскую балочную ферму, усиленную шпренгельными элементами. Нагрузка равномерно распределена по узлам нижнего пояса. В первом приближении стержни принимаются одинаковой площади сечения, узлы – идеальными шарнирами. В ферме, имеющей n ячеек периодичности, содержится 10n – 2 узел и m = 20n – 4 стержень.

Ставя конечной целью получение общей формулы зависимости прогиба от числа панелей, необходимо получить сначала расчет усилий в стержнях в аналитической (символьной) форме. В программе [18] предлагается общий алгоритм такого решения в системе Maple. Для этого необходимо пронумеровать стержни и узлы (рис. 2), определить координаты всех узлов и структуру соединения стрежней и узлов.

Приведем фрагмент программы, задающей координаты шарниров. Начало координат располагается в левой подвижной опоре:

В программу также вводится структура решетки в виде условных векторов N, содержащих номера концов стержней. Так кодируются, например, нижний пояс, а затем прямолинейная часть верхнего:

Для Цитирования:
М. Н. Кирсанов, Формулы для оценки жесткости, прочности и устойчивости шпренгельной фермы. Строительство: новые технологии - новое оборудование. 2017;8.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: