Research of change stiffness function of cross section round arch of welded i-section

S. I. Bilyk, V. Z. Shpynda

Abstract


Abstract.    Purpose.  Search rational cross-sectional shape of arch structures of welded I-sections  remains uncharted theme and has a number of tasks requiring clarifications and further research. These tasks have estimated:  the effect of combinations of loads on the search for a rational function changes the stiffness of arch design of welded I -sections described the circle function. In addition, it is a search for a rational section, in terms of costs of  steel, for each point of the arch,  and  the structural features encountered in the design of the arches of variable  stiffness. The  purpose  of the article  is  define the types of loads that have a major impact on the distribution of forces in the round arches. In addition, it is  obtain the distribution function of bending moments and longitudinal compressive force by various combinations of loads. At last, it is the establishment of the function changes the stiffness of the arch to the arc length.  Methods.  Methodology for solving the problems of numerical studies has  conducted in the program complex "LiraCAD 2013 ACADEMIC Set», as well as analyzes of functions distribution efforts and changes in the  stiffness  of the cross section along the length of the arch.  Results.  The types of loads that have a major impact on the distribution of the maximum effort in the round arches. Shows the search procedure of stiffness changes obtained by the function of the arch length of action maximum design load combinations. Presents  options for the possible design solutions arches of variable  stiffness.  Scientific novelty.  Shows  changes the stiffness  of the arch, which allows the rational design using different variants of design solutions in the field reducing section. These examples the stiffness  changes in the upper third of arches which are not only economic and technically feasible in terms of manufacture and mounting frame diameters, but such that the expression does not violate architectural and building construction in general.  The  practical  significance.  Presents  design  solutions  arches  of  variable  stiffness  and  point  placing  assemblies  of  the constituent  elements  of  the  arch.  Developed  the  method  of  searching  for  optimal  cost  of  steel  constructions  of  round  arches  of variable stiffness of welded I-beams, which opens the way to further development of the theoretical approaches and the design of this type of structures.


Keywords


round arches; function changes stiffness; rational section; welded I -section; shuttle loads.

References


Bilyk S.I. Optymaljni stalevi dvotavrovi balky zi zminnoju vysotoju stinky [Optimal steel I section beams with variable height walls]. Resursoekonomni materialy, konstrukciji, budivli ta sporudy: Zbirnyk naukovykh pracj – Rivne [Economical materials, structures, buildings and facilities: Collected Works - Rivne]. 2008. - no. 17, pp. 73-78. (in Ukranian).

Bilyk S.I. Optymaljni stalevi karkasy maloenerghojemnykh budivelj iz dvotavriv zminnogho pererizu : dys. kand. tekhn. nauk : 05.23.01 “Budivelni konstrukcii, budivli ta sporudy” [Optimal steel frames low power buildings with variable section beams, thesis for the degree of doctor of technical sciences specials. 05.23.01 "Building constructions, buildings and structures"]. 2008, 460 p. (in Ukranian).

Bilyk S., Shpynda V. Issledovanye naprjazhenno-deformyrovannogho sostojanyja balok s peremennoj vysotoj stenke konstrukcyj na prymere peshekhodnogho mosta [Research of stress-strain state of the beams with a variable height of wall structures on the example of a footbridge]. Sbornyk stattej 17-j konferencyy molodykh uchenykh «Nauka – budushhee Lytvy» [Collection state 17th Conference of Young Scientists "Science - Future of Lithuania"] - Vilnius, 2014 , no. 17 - pp. 153- 157. (in Russian).

Vatulya GL, Eagle EF, Levchuk SV, IM Andrushenko Vplyv parametriv proektuvannja na optymaljni konstrukciji trysharnirnykh arok [Effect parameters to design the optimal design of three-hinge arches] Zaliznychni sporudy ta kolijne ghospodarstvo: Zbirnyk naukovykh pracj [Railway construction and travel industry, Collected Works] - UkrDATZ 2013 - no. 141 - pp. 191-196. (in Ukranian).

Vahurkyn V.M. Forma dvutavrovoj balky v uslovyjakh nayboljshegho raskhoda metalla y v uslovyjakh naymenjshej stoymosty [I beam shape at the highest metal flow conditions and the least cost in terms] Vestnyk inzhenerov y tekhnykov [Journal of engineers and tekh] – Moscow, 1951 – no 5 - pp. 35-43. (in Russian).

Gordeev, V.N. Elementarnye zadachi optymyzacyi dvotavra [Elementary optimization problem of I-section] Zbirnyk naukovykh pracj Ukrajinsjkogho naukovo-doslidnogho ta proektnogho instytutu stalevykh konstrukcij imeni V.M. Shymanovsjkogho [Proceedings of the Ukrainian Research and Design Institute named after steel construction V. Szymanowski] - Kyiv, 2009. - no. 3 - pp. 27-49. (in Russian).

Hrudev, Y.D., Simon N. Dvornikova V.A. Forma osi, konstrukcyja i raschet ustojchyvosti arok [Form of axis, design and calculation of arches buckling] Promyshlennoe i ghrazhdanskoe stroiteljstvo [Industrial and civil construction] - Moscow, 2008 -no. 5. - pp. 22-24. (in Russian).

Mіnregіon Ukraine. Derzhavni budiveljni normy. Navantazhennja i vplyvy. Systema zabezpechennja nadijnosti ta bezpeky budiveljnykh ob’jektiv. Normy proektuvannja: DBN V.1.2–2:2006 [ State building codes. Loads and effects. System reliability and safety of construction projects. Design standards: DBN V.1.2-2: 2006: 2006]. Kyiv, 2006. – 75p. (in Ukranian).

Mіnregіon Ukraine. Derzhavni budiveljni normy. Stalevi konstrukciji. Normy proektuvannja: DBN V.2.6-198:2014 [State building codes. Steel structures. Design standards: DBN V.2.6-198: 2014] Kyiv, 2014, 199p. (in Ukranian).

Katyushin V.V. Zdanyja s karkasamy iz staljnykh ram peremennogho sechenyja [Building frameworks of steel frames of variable section] Moskov, 2005. - 651 p. (in Russian).

Mukhanov K.K. Metallycheskie konstrukcyi [ Metal construction]. Moskov, Gosstroiizdat, 1963, 406 p. (in Russian).

Permyakov V. A. Optimaljnoe proektirovanye staljnykh sterzhnevykh konstrukcyj [Optimal design of steel beam structures]. Kiev: publishing house "Steel", 2008, 538p. (in Russian).

Bogza V. Bogdanov S. Practical method of search of optimum form of arches of the facilitated construction. Motrol, 2008, no 10B, pp. 246-255. (in Russian).

Cheng J. Optimum design of steel truss arch bridges using a hybrid genetic algorithm. Journal of sound and vibration. no 66, 2010, pp. 1011 - 1017.

Hodkinson E. Theoretical and experimental researches to ascertain, the strength and best forms of iron beems. Memoris of the Literary and Philosophical Society of Manchester. Manchester, 1831, no.5, pp.407 - 544.

Young-Jae S., Kyunng-Mun K., Jong-Hak Y. Vibration analysis of a circular arch with variable cross-section using differential transformation and generalized differential quadrature. Journal of sound and vibration, no 309, 2008. pp. 9 - 19.


GOST Style Citations


 

1. Білик С. І. Оптимальні сталеві двотаврові балки зі змінною висотою стінки / С. І. Білик // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Збірник наукових праць – Рівне, НУВГП, 2008. – № 17. – С. 73–78.

2. Білик С. І. Оптимальні сталеві каркаси малоенергоємних будівель із двотаврів змінного перерізу : дис. канд. техн. наук : 05.23.01 /C.І. Білик  – Київ, 2008. – 460 c.

3. Билык  С.  Шпында  В.  Исследование  напряженно-деформированного  состояния  балок  с  переменной  высотой  стенке конструкций  на  примере  пешеходного  моста  /  Билык  С.  Шпында  В.  //  Сборник  статтей  17-й  конференции  молодых ученых «Наука – будущее Литвы» - Вильнюс, 2014 –№ 17 – С. 153- 157

4. Ватуля  Г.Л.,  Орел  Є.Ф.,  Левчук  С.В.,  Андрушенко  І.М.  Вплив  параметрів  проектування  на  оптимальні  конструкції тришарнірних  арок  /  Ватуля  Г.Л.,  Орел  Є.Ф.,  Левчук  С.В.,  Андрушенко  І.М.  //  Залізничні  споруди  та  колійне господарство: Збірник наукових праць – УкрДАТЗ, 2013. – № 141 – С. 191-196.

5.  Вахуркин В. М.  Форма  двутавровой  балки  в  условиях  наибольшего  расхода  металла  и  в  условиях  наименьшей стоимости / В. М. Вахуркин // Вестник инженеров  и техников  –  М. : 1-ая журнальная типография ОНТИ НКТП СССР, 1951 – №5 – С. 35-43.

6.  Гордеев  В.  Н.  Элементарные  задачи  оптимизации  двотавра  /  В. Н. Гордеев  //  Збірник  наукових  праць  Українського науково-дослідного  та  проектного  інституту  сталевих  конструкцій  імені  В.М. Шимановського  –  К.  :  Вид-во  «Сталь», 2009. – № 3 – С. 27-49.

7.  Грудев, И.Д., Симон Н.Ю. Дворников В.А. Форма оси, конструкция и расчет устойчивости арок  /  Грудев, И.Д., Симон Н.Ю. Дворников В.А.  //  Промышленное и гражданское строительство –  Москва, ЦНИИПСК им. Мельникова, 2008 –  №5. – С. 22-24.

8.  Державні будівельні норми. Навантаження і впливи. Система забезпечення надійності та безпеки будівельних об’єктів. Норми проектування: ДБН В.1.2–2:2006: 2006 / Мінрегіон України. – Київ, 2006. – 75с.

9.  Державні будівельні норми. Сталеві конструкції. Норми проектування: ДБН В.2.6-198:2014 /  Мінрегіон України. –  Київ, 2014 – 199с.

10.  Катюшин В. В. Здания  з каркасами из стальных рам переменного сечения / Катюшин В. В  –  М. : Стройиздат , 2005. –651 с.

11.  Муханов К. К. Металлические конструкции / Муханов К. К. – М. : Госстройиздат, 1963. – 406 с.

12.  Пермяков В. А. Оптимальное проектирование стальних стержневых конструкций / Пермяков В. А., Перельмутер А. В., Юрченко В. В. – К. : издательство «Сталь», 2008.– 538с.

13.  Bogza  V.  Bogdanov  S.  Practical  method  of  search  of  optimum  form  of  arches  of  the  facilitated  construction  /  Bogza  V. Bogdanov S. -  Motrol, 2008. - 10B – P. 246-255.

14.  Cheng J. Optimum design of steel truss arch bridges using a hybrid genetic algoritm / Cheng J.//  Journal of sound and vibration 66 – 2010. – P. 1011 – 1017.

15.  Hodkinson E. Theoretical and experimental researches to ascertain, the strength and best forms of iron beems / E. Hodkinson // Memoris of the Literary and Philosophical Society of Manchester.– Manchester, 1831. – V.5.– P.407 – 544.

16.  Young-Jae S., Kyunng-Mun  K., Jong-Hak Y. Vibration analysis of a circular arch with variable cross-section using differential transformation and generalized differential quadrature / Young-Jae S., Kyunng-Mun K., Jong-Hak Y. // Journal of sound and vibration.-Vol. 309 – 2008. – P. 9 – 19.



Refbacks

  • There are currently no refbacks.