Вибір раціональної висоти сталевих балкових конструкцій з урахуванням коефіцієнта динамічності під час дії епізодичного навантаження
DOI:
https://doi.org/10.32347/2522-4182.15.2024.75-85Ключові слова:
сталева ферма покриття, оптимальне проєктування, раціональна висота сталевої ферми покриття, критерій раціональності, коефіцієнт динамічності, імпульсне навантаження, аварійні навантаження, живучість конструкційАнотація
В статті розроблено узагальнений підхід пошуку раціональної висоти сталевої балкової конструкції: ферми або балки покриття під час дії епізодичного короткочасного навантаження імпульсної дії. Дослідження виконані на підставі створення узагальненої фізико математичної моделі пошуку раціональноївисоти сталевої ферми підвищеної надійності з урахуванням дії імпульсного зосередженого навантаження, яке дії по середині прольоту конструкції. Вибір раціональної висоти сталевої ферми прийнято за узагальненою методикою оптимального проєктування з урахуванням обмежень за міцністю і стійкістю. Тому можна прийняти, прийняти, що застосований підхід дає обмежено методологічний оптимальний результат, але він є достатнім, враховуючи складність поставленої задачі, для варіантного проєктування.
За цільову функцію прийнято аналітичний вираз витрат сталі з урахуванням коефіцієнта динамічності за згинальним моментом. Запис аналітичної цільової функції витрат сталі конструкції ферми із перехресною решіткою виконано з урахуванням уніфікації сталевих елементів, також враховано вплив конструктивних коефіцієнтів. За фізико-математичну модель сталевої ферми покриття прийнята конструкція ідеального двотавра з урахуванням деформації зсуву перерізу при визначенні коефіцієнта динамічності. Отримані аналітичні вирази (критерії раціональності) для визначення
раціональної (обмежено-оптимальної) висоти ферми з урахуванням впливу коефіцієнта динамічності. Про-ведені числові дослідження обмежено-оптимальної висоти сталевої конструкції ферми покриття.
Підтверджено, що в залежності від статичного та імпульсного навантаження та геометричних параметрів сталевої конструкції покриття, коефіцієнт динамічності впливає на визначення раціональної висоти сталевої конструкції. Отриманий критерій раціональності конструкції враховує також вплив співвідношення власної ваги конструкції сталевої ферми покриття і конструкції покриття з урахуванням огороджувальних несучих конструкцій плит покриття.
Аналітичний критерій раціональної висоти сталевої ферми покриття із впливом імпульсного навантаження включає і критерій раціональності оптимальної висоти ферми при статичному навантаженні. За результатами досліджень отримана практична методика визначення раціональної конструкції сталевої ферми покриття під час варіантного проєктування з урахуванням дії імпульсних навантажень.
Посилання
Білик С.І., Білик А.С. Порівняння методик проникнення дії засобів повітряного нападу противника в залізобетоні конструкції споруд захисту об’єктів критичної інфраструктури // Зб. наук. Праць Сучасні будівельні конструкції з металу та деревини. ОДАБА. Вип. № 28. – Одеса, 2024. –- С.75-84.
http://doi:10.31650/2707-3068-2024-28-75-84.
Коваль М.В. Основи інженерного захисту об’єктів критичної інфраструктури енергетичної галузі України від засобів повітряного нападу противника. Монографія /М.В. Коваль, В.В. Коваль, А.С. Білик, В.І. Коцюруба, О.М. Кубраков; під ред. А.С.Білика. – К.: Генераль-ний штаб Збройних Сил України, 2023 – 180 с.
Білик А. С. Вибір оптимального конструктивного рішення ферм покриття в експертній системі автоматизованого опти-мального проектування //Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. -Д.:ПДАБА, 2009. т.№ 5.-С.22-28.
Білик А.С. Визначення оптимальних конструктивних рішень ферм у експертній системі одностадійного оптимального проектування //Зб. наук.праць УНДПІСК ім.В.М.Шиманов-ського. – Київ, вид-во «Сталь», 2009, вип. 4. – С.119-132.
http://nbuv.gov.ua/UJRN/ZNPISK_2009_4_16
Білик А. С. Вибір оптимальних конструктивних рішень при аналізі якісних умов проектування /«Будівельні конструкції», зб.наук. праць, вип. 63 – Київ, НДІБК, 2005. –С.335-340.
Писаренко Г.С. Опір матеріалів: Підручник /Г.С. Писаренко, О.Л. Квітка, Е.С. Уманський; під ред. Г.С. Писаренка. – К.: Вища школа,2004. – 655 с.
Alberto Di Matteo. Dynamic response of beams excited by moving oscillators: Approximate analytical solutions for general boundary conditions./ Computers & Structures. Volume 280, May 2023, 106989.
https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2023.106989.
Svedholmc C., Zangeneh A., Pacoste C., François S., Karoumi R.. Vibration of damped uniform beams with general end conditions under moving loads /Engineering StructuresVolume 126, 1 November 2016, Pages 40-52.
https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.07.037
S. Priyadharshini, V. Sadhasivam, K. Viswanathan. Some New Oscillation Criteria for Euler-Bernoulli Beam Equations with Damping Term / Mathematics and Statistics 12(4): 324-330, 2024
http://www.hrpub.org DOI: 10.13189/ms.2024.12040.
Yanyutin E. G., Yanchevskiy I. V., Voropay A. V., Sharapata A. S. Zadachi impul'snogo deformirovaniya elementov konstruktsiy [Problems of impulse deformation of structural elements]. Kharkov, HNADU PUBL., 2004. 392 p.
Ol'shans'kyy V. P., Ol'shans'kyy S. V. Dissipative oscillators’ power characteristic non-symmetry dynamic effect /Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Mathematical modeling in engineering and technologies Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2021.
– № 1-2 (2). – С. 65 – 75.
DOI:10.20998/2222-0631.2021.02.08
http://mmtt.khpi.edu.ua/article/view/249516
Ol'shans'kyy V. P., Ol'shans'kyy S. V. On the effect of non-symmetry of power characteristic of vibration system under force impact. Vibration in engineering and technology : allUkrainian scientific and technical journal. 2018, no. 2 (89), pp. 36– 40.
Gogol M., Zygun A., Maksiuta N. New effective combined steel structures. /International journal of engineering & technology. 2018. Vol. 7, no. 3.2. P. 343.
URL: https://doi.org/10.14419/ijet.v7i3.2.14432
Hohol M., Marushchak U., Peleshko I., Sydorak D. (2022) Rationalization of the Topology of Steel Combined Truss. In: Bieliatynskyi A., Breskich V. (eds) Safety in Aviation and Space Technologies. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-85057-9_9
Лавріненко Л., Олійник, Д. (2020). Області оптимальних параметрів сталевих гофрованих балок. Будівельні конструкції. Теорія і практика, (7), C.45–56.
https://doi.org/10.32347/2522-4182.7.2020.45-56
Білик С.І. Методика визначення оптимальної висоти сталевої двотаврової балки зі змінним перерізом стінки при розвитку обмежених пластичних деформацій /Зб. наук. праць Українського інституту сталевих конструкцій ім. В.М. Шимановського. К., Сталь, 2012. Вип.9. С.28-33
https://www.urdisc.com.ua/rl/info/9'2012.pdf
Білик С.І., Недоходюк І.Д. Раціональні сталеві елементи рам двотаврового перерізу зі змінною висотою стінки / Зб. наук. праць Українського інституту сталевих конструкцій ім. В.М. Шимановського. К., Сталь, 2009. Вип.4. C.133-142. https://www.urdisc.com.ua/rl/info/4'2009.pdf
Білик С.І. Конструктивні коефіцієнти та раціональна висота сталевої коробчастої балки постійного перерізу / С І. Білик, Л. І. Лавриненко // Будівельне виробництво. - 2017. - №62(1). - С. 33-38.
http://nbuv.gov.ua/UJRN/buvu_2017_6228129__9
Гордеєв В.М. Елементарні задачі оптимізації двотавра / Зб. наук. праць Українського науково-дослідного та проектного інституту сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського. К., Сталь, 2009. Вип.3. С.27-48
http://nbuv.gov.ua/UJRN/ZNPISK_2009_3_6
Perelmuter A., Yurchenko V. Parametric optimization of steel shell towers of high-power wind turbines // Procedia Engineering. – No. 57, 2013. – p. 895 – 905.
https://doi.org/10.1016/j.proeng.2013.04.114
Haug E. J., Arora J. S. Applied optimal design: mechanical and structural systems. – John Wiley & Sons, 1979. – 520 p.
Пермяков В.А., Перельмутер А.В., Юрченко В.В. Оптимальне проектування сталевих стержневих конструкцій. К., Сталь, 2008. -538 с.
Yurchenko V. V., Peleshko I. D. Parametric optimization of steel structures based on gradient projection method // Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles – Kyiv: KNUBA, 2020. – Issue 105. – P. 192-222.
DOI: 10.32347/2410-2547.2020.105.192-220
Білик С.І., Шимановський О.В., Нілов О.О., Володимирський В.О. Металеві конструкції: Том 2. Конструкції металевих каркасів промислових будівель: Підручник для вищих навчальних закладів. /Білик С.І., Шимановський О.В., Нілов О.О., Володимирський
В.О./ Кам’янець –Подільский: ТОВ «Друкарня «Рута»- 2021.-448 c
