Расчет и проектирование конструкций из тонкостенных стержней открытого профиля

• Автор: Туснин, Александр Романович
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 353 с. : ил. + Прил. (74 с.: ил.)

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. ОСНОВЫ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ

СТЕРЖНЕЙ ОТКРЫТОГО ПРОФИЛЯ.

1.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.2. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ.

1.3. МЕМБРАННЫЕ КОНСТРУКЦИИ С ОПОРНЫМ КОНТУРОМ ИЗ ТОНКОСТЕННЫХ СТЕРЖНЕЙ ОТКРЫТОГО ПРОФИЛЯ

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ЧИСЛЕННОГО РАСЧЕТА ТОНКОСТЕННЫХ

СТЕРЖНЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

2.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА

2.2. КОНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТОНКОСТЕННОГО СТЕРЖНЯ ОТКРЫТОГО ПРОФИЛЯ С ДВУМЯ ОСЯМИ СИММЕТРИИ ПРИ ОТСУТСТВИИ ЭКСЦЕНТРИСИТЕТОВ В УЗЛАХ .
2.3. КОНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТОНКОСТЕННОГО СТЕРЖНЯ ОТКРЫТОГО ПРОФИЛЯ ПРИ НЕСОВПАДЕНИИ ЦЕНТРОВ ТЯЖЕСТИ И ИЗГИБА.
2.4. КОНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТОНКОСТЕННОГО СТЕРЖНЯ ОТКРЫТОГО ПРОФИЛЯ ПРИ НАЛИЧИИ В УЗЛАХ ЭКСЦЕНТРИСИТЕТОВ.
2.5. КОНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТОНКОСТЕННОГО СТЕРЖНЯ ОТКРЫТОГО ПРОФИЛЯ ПРИ НАЛИЧИИ В УЗЛАХ ЭКСЦЕНТРИСИТЕТОВ И НЕСОВПАДЕНИИ ЦЕНТРОВ ТЯЖЕСТИ И ИЗГИБА СЕЧЕНИЯ.
2.6. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ МАТРИЦЫ ЖЕСТКОСТИ ТОНКОСТЕННОГО ЭЛЕМЕНТА ПРИ ПЕРЕХОДЕ К ОБЩЕЙ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ
2.7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В ТОНКОСТЕННОМ СТЕРЖНЕ ОТКРЫТОГО ПРОФИЛЯ.
2.8. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС СТК ДЛЯ РАСЧЕТА
ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ТОНКОСТЕННЫХ СТЕРЖНЕЙ ОТКРЫТОГО ПРОФИЛЯ.
3. ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ТОНКОСТЕННЫХ СТЕРЖНЕЙ ОТКРЫТОГО ПРОФИЛЯ
3.1. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ РАСЧЕТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТОНКОСТЕННЫХ
СТЕРЖНЕЙ ОТКРЫТОГО ПРОФИЛЯ.
3.2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ УЗЛОВ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ТОНКОСТЕННЫХ СТЕРЖНЕЙ ОТКРЫТОГО ПРОФИЛЯ
3.2.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УЗЛОВ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ.
3.2.2. УЗЛЫ КОЛОНН.
3.2.3. УЗЛЫ СОПРЯЖЕНИЯ БАЛОК С КОЛОННАМИ.
3.2.4. УЗЛЫ СОПРЯЖЕНИЯ БАЛОК
4. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ МЕМБРАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ТОНКОСТЕННЫМ ОПОРНЫМ КОНТУРОМ ОТКРЫТОГО
ПРОФИЛЯ.
4.1. ВЛИЯНИЕ ЭКСЦЕНТРИЧНОГО КРЕПЛЕНИЯ МЕМБРАНЫ К ПРЯМОЛИНЕЙНОМУ ОПОРНОМУ КОНТУРУ НА ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В КОНСТРУКЦИИ
4.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОДЕЛИ МЕМБРАННОГО ПОКРЫТИЯ ПРИ ЭКСЦЕНТРИЧНОМ КРЕПЛЕНИИ МЕМБРАНЫ К ТОНКОСТЕННОМУ
ОПОРНОМУ КОНТУРУ ОТКРЫТОГО ПРОФИЛЯ.
4.3. МЕМБРАННЫЕ КОНСТРУКЦИИ С ЛОМАНЫМ ОПОРНЫМ КОНТУРОМ
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЖЕСТКОСТИ И НЕСУ ИДЕЙ СПОСОБНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ТОНКОСТЕННЫХ СТЕРЖНЕЙ ОТКРЫТОГО ПРОФИЛЯ.
5.1. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
5.2. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ
5.3. НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ИЗГИБАЕМЫХ ТОНКОСТЕННЫХ СТЕРЖНЕЙ ОТКРЫТОГО ПРОФИЛЯ ПРИ ДЕЙСТВИИ КРУТЯЩИХ НАГРУЗОК.
5.4. НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ СЖАТЫХ ТОНКОСТЕННЫХ СТЕРЖНЕЙ ОТКРЫТОГО ПРОФИЛЯ ПРИ ДЕЙСТВИИ КРУТЯЩИХ НАГРУЗОК.
6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ТОНКОСТЕННЫХ СТЕРЖНЕЙ ОТКРЫТОГО ПРОФИЛЯ.
7. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


При использовании сначала переходят от континуальной конструкции к стержневой модели, а затем по результатам расчета совершают обратный переход, определяя усилия в конструции по усилиям в стержневой системе. Наличие отработанных программ расчета пространственных стержневых конструкций 5, 5 обусловило широкое использование этого метода. Арончик А. Б. 6, Еремеев П. Г. , , , Ленский В. В. , Пасюта 8, Присяжной В. Б. ИЗ. Мембранная конструкция состоит из гибкой мембраны и податливого контура, поэтому для расчета необходимо использовать конечные элементы двух типов элемент тонкой оболочки и стержневой элемент опорного контура. Оба эти элемента должны обеспечивать возможность расчета с учетом геометрической нелинейности. МКЭ для расчета мембранных систем использовали Александров , Шапошников и Зылев В. Б. 2, Бандурин Н. Г. и Николаев А. П. 8, Гордеев В. Н., Илиев К. Н., Перельмутер и Прицкер А . Я. , i С. Анализ известных методик и опыт расчета мембранных конструкций показал, что наиболее применимы для этого численные методы и МКЭ. МКЭ достоверно описывают поведение континуальной мембраны под нагрузкой, работу контура, испытывающего только чистое кручение. Однако отсутствие конечных элементов для тонкостенных стержней открытого профиля затрудняет численный расчет мембранных систем. В настоящее время накоплен большой опыт экспериментальных исследований мембранных конструкций. Как правило испытывались модели мембранных конструкций. Использование моделей позволяет наиболее просто изучить действительную работу мембранных конструкций. Испытания мембранных конструкций выполнены Людковским И. Г., Ивановым М. А. и Филякиным , Браславским Б. М. , Тоцким О. Н. 0, Еремеевым П. Г. и Присяжным В. Б. , , Гольденбергом Л. И. и Учителем З. Е. , 9, Пасютой 8, 9. Опыт экспериментальных исследований мембранных конструкций показал возможность успешного применения моделей для выявления действительной работы сложных мембранных систем, загруженных разнообразными нагрузками. При использовании метода конечных элементов МКЭ конструкция из тонкостенных стержней открытого профиля делится на отдельные прямолинейные тонкостенные конечные элементы далее ТКЭ, соединяемые друг с другом в узлах. Кроме учитываемых, при расчете обычных стержневых систем, степеней свободы в каждом узле трех линейных и трех угловых, для конструкций из тонкостенных стержней открытого профиля учитывается седьмая степень свободы узла депланации сечения. Таким образом, ТКЭ с узлами в начале и конце имеет степеней свободы. На рис. У и линейное перемещение вдоль оси 2 аугол поворота относительно оси X р угол поворота относительно оси У уугол поворота относительно оси 2 8 депланация. Наличие индекса 1 означает, что перемещения рассматриваются в местной системе координат, а индексы н и к используются для обозначения перемещений и параметров соответственно начала и конца стержня. С каждым стержнем связана местная система координат оси Хх, У,, 2 произвольно ориентированная относительно общей системы оси X, У, 2. Системы координат правые. Рис. Рис. Условные обозначения граничных условий. У ,У1 . З.У1 ОЗ. Оз,уз . Щ
У
2. Гу
Мх,
м
2. В выражении 2. В.З. Продольные перемещения точек сечения при депланации пропорциональны секториапьной площади. В работе исследуются наиболее распространенные в практике строительства сечения в виде симметричных и несимметричных двутавров, швеллеров и т. На каждом из прямолинейных участков сечения секториальная площадь всегда представляется линейным законом . Рассмотрим равновесие бимоментов в узле. Пусть, узел, находящийся в равновесии, получил дополнительную бесконечно малую депланацию 6. В, ЩСС4 бимомент в стержне I. При равновесии узла выполняется равенство IV , или 5рХ5
2. При определении внешних бимоментов следует учитывать эксцентриситеты приложения сосредоточенных сил и изгибающих моментов. Связи, наложенные на конструкцию, можно учесть вычеркиванием из системы 2. После определения перемещений узлов конструкции находятся перемещения начала и конца каждого отдельного стержня в системе координат, связанной со стержнем, а по местным перемещениям усилия в стержнях.