Напряженно-деформированное состояние трехгранной фермы с неразрезными поясами пятигранного составного профиля

Введение. Рассматриваются конструкции трехгранных ферм, которые могут применяться для покрытий и перекрытий производственных и общественных зданий, различных комбинированных систем, а также в качестве конструкций эстакад линейных объектов в различных районах строительства. Представлена конструкция пространственной фермы в рамках патентной разработки покрытия из трехгранных ферм с неразрезными поясами замкнутого сечения. Цель численных исследований — оценка напряженно-деформированного состояния (НДС) пролетной трехгранной фермы при приложении статической узловой нагрузки и различном примыкании элементов раскосной решетки, а также создание базы верификационных данных для проведения последующих численных исследований бесфасоночных узлов сопряжения.

Материалы и методы. Методикой численных исследований учитывается приложение узловых статических нагрузок, моделирующее размещение ограждающей конструкции покрытия с применением прогонов. Использование метода единичных нагрузок направлено на определение реакции несущей системы в рамках проведения сравнительной оценки и сопоставления с полученными данными других исследовательских задач.

Результаты. В ходе численных исследований получены данные, характеризующие НДС модели трехгранной фермы по распределению усилий в стержнях и вертикальных перемещений узлов.

Выводы. Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что принятая расчетная модель трехгранной фермы адекватно отражает ее НДС. Практическое применение методики численных исследований на основе приложения единичных узловых нагрузок состоит в возможности использования результатов расчета в виде структурированного массива данных, необходимых при расчетах по методу предельных состояний. Полученные результаты могут использоваться в качестве основы для верификации данных последующих численных исследований конструкций бесфасоночных узлов в рамках пластинчатой математической модели. Представленные численные исследования входят в комплекс научных исследований изучения действительной работы пролетных трехгранных ферм.

1. Бирюлев В.В., Чернов И.Н. Стальные фермы с коробчатыми сечениями стержней, сваренных из уголков // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1974. № 4. С. 8–14.

2. Клячин А.З. Металлические решетчатые пространственные конструкции регулярной структуры (разработка, исследование, опыт применения). Екатеринбург : Диамант, 1994. 276 с.

3. Трущев А.Г. Пространственные металлические конструкции. М. : Стройиздат, 1983. 215 с.

4. Мелёхин Е.А. Модульные трехгранные фермы плоских покрытий // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2021. Т. 23. № 2. С. 65–78. DOI: 10.31675/1607-­1859-2021-23-2-65-78

5. Патент RU № 2188287 С2 МПК Е04С 3/04. Покрытие из трехгранных ферм / М.М. Копытов, К.А. Ерохин, А.В. Матвеев, Е.А. Мелёхин; заявл. № 2000117116/03 от 27.06.2000; опубл. 27.08.2002. Бюлл. № 24. 6 с.

6. Патент RU № 36119 U1 МПК7 E04C 3/32. Тонкостенная несущая конструкция замкнутого пятигранного сечения (ее варианты) / М.М. Копытов, А.В. Матвеев, А.П. Малиновский, Е.А. Мелёхин; заявл. № 2003118832/20 от 24.06.2003; опубл. 27.02.2004. Бюлл. № 6. 6 с.

7. Копытов М.М., Ерохин К.А., Матвеев А.В., Мелёхин Е.А. Бесфасоночные пространственно-стержневые покрытия с поясами пентагонального профиля сечения // Монтажные и специальные работы в строительстве. 2003. № 11. С. 2–6.

8. Патент RU № 19068 U1 МПК7 Е04С 3/04. Структурное покрытие / М.М. Копытов, К.А. Ерохин, А.В. Матвеев, Е.А. Мелёхин; заявл. № 2001100914/20 от 09.01.2001; опубл. 10.08.2001. Бюлл. № 22. 8 с.

9. Патент RU № 2627794 С1 МПК Е04С 3/08. Покрытие из трехгранных ферм / Е.А. Мелёхин; заявл. № 2016124898 от 21.06.2016; опубл. 11.08.2017. Бюлл. № 23. 8 с.

10. Патент № 2661945 С1 МПК Е04С 3/08. Покрытие из трехгранных ферм / Е.А. Мелёхин, С.В. Фирцева; опубл. 2017134238 от 02.10.2017; опубл. 23.07.2018. Бюлл. № 21.

11. Мелёхин Е.А. Работа узлов бесфасоночного складчатого покрытия с поясами пятигранного составного профиля : автореф. дис. … канд. техн. наук. Томск : ТГАСУ, 2003. 23 c.

12. Ерохин К.А., Мелёхин Е.А. К исследованию узлов бесфасоночной пространственной фермы с пятигранным сечением верхнего пояса // Научно-техническая конференция КрасГАСА. 2000. С. 25–27.

13. Мелёхин Е.А. Пластинчатая расчетная модель узла бесфасоночной пространственной фермы // Архитектура и строительство : 2-я Междунар. науч.-техн. конф. 2002. C. 62–64.

14. Мелёхин Е.А. Исследование влияния расцентровки и податливости на напряженно-деформированное состояние узлов сопряжения пространственно-стержневых конструкций покрытий с поясами пятигранного составного профиля из металлопроката // Металлические конструкции: взгляд в прошлое и будущее : VIII Украинская науч.-техн. конф. 2004. С. 592–595.

15. Гордеев В.Н., Лантух-Лященко А.И., Пашинский В.А., Перельмутер А.В., Пичугин С.Ф. Нагрузки и воздействия на здания и сооружения / под общ. ред. А.В. Перельмутера. М. : Изд-во АСВ, 2007. 482 с.

16. Рикардс Р.Б. Метод конечных элементов в теории оболочек и пластин. Рига : Зинатне, 1988. 284 с.

17. Перельмутер А.В., Сливкер В.И. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа. Киев : Сталь, 2002. 600 с.

18. Поляков Л.П., Файнбурд В.М. Моделирование строительных конструкций. Киев : Будiвельник, 1975. 159 с.

19. Мелёхин Е.А., Иванов П.С., Малыгин А.Б. Численные исследования модульных систем трехгранных ферм плоских покрытий зданий // Инженерный вестник Дона. 2022. № 6.

20. Мелёхин Е.А., Гончаров Н.В., Малыгин А.Б. Трехгранные фермы с предварительным напряжением для плоских покрытий // Инженерный вестник Дона. 2022. № 6.