Printer Friendly

Design and analysis of combined plane steel guyed tower-mast/Kombinuoto plieninio ploksciojo boksto-stiebo konstravimas ir skaiciavimas.

1. Ivadas

Vienos is efektyviausiu ir placiausiai naudojamu aukstuju telekomunikacijos statiniu Lietuvoje ir kitose Europos salyse yra plieniniai bokstai bei stiebai. Kiekviena is siu konstrukciju turi ne tik savu privalumu, bet ir trukumu. Pagrindinis bokstiniu statiniu privalumas--palyginti paprastas ju skaiciavimas ir konstravimas (Smith 2007; [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] 1969; [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] 1998). Taciau plieno sanaudu poziuriu tokios konstrukcijos nera pakankamai racionalios palyginti su stiebais (Jasim, Galeb 2002; [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] 1998). Vienas pagrindiniu plieniniu stiebu taikymo efektyvuma mazinanciu veiksniu--didelis ju uzstatymo plotas ir su tuo susijusios eksploatavimo islaidos. tipiniu stiebu ir bokstu konstrukciju sandara bei ju elgsena ir skaiciavimas yra gana issamiai aptarti daugelyje mokslo publikaciju (Halasz, Petersen 1970; Gantes et al. 1993; Wahba et al. 1998; [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] 1998; Gioffre et al. 2004; Materazzi, Venanzi 2007; Palkowski 2006; kulbach 2007; Juozaitis, Sapalas 1998; Juozapaitis et al. 2008). siekiant padidinti tipiniu plieniniu bokstu technini ir ekonomini efektyvuma parenkamos racionalios bokstu tinkleliu schemos arba optimalus ju elementu skerspjuviai ([TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] 1969; Jasim, Galeb 2002; Halasz, Petersen 1970). Taciau didesni efekta galima pasiekti kuriant naujas konstrukciju formas. Gana placiai naudojamos ivairios kombinuotosios konstrukcines sistemos (Farkas, Jarmai 1997; Wang 2004. Jatulis et al. 2007). Yra zinomi konstrukciniai sprendimai, kuriuose racionaliai derinamos boksto ir stiebo savybes. Vieni is ju yra vadinamieji plokstieji bokstai-stiebai ([TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] 1989; [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] 1975). Jie sudaryti is vienos plokscios boksto santvaros, paremtos is santvaros plokstumos atotampomis. Si misri sistema viena kryptimi perima veikiancias apkrovas ir poveikius kaip bokstas, o kita linkme--kaip stiebas. tokia sistema techniniu ir ekonominiu poziuriu uzima tarpine padeti tarp stiebo ir boksto. Pagrindinis tokios konstrukcines sistemos sandaros trukumas--ganetinai didelis boksto santvaros juostu skerspjuvio aukstis bei plotas. toks rezultatas yra nulemtas santykinai dideliu juostos lenkiamojo momento, veikiancio atotampu plokstumoje, ir juostos skaiciuojamojo ilgio is santvaros plokstumos reiksmiu. Pazymetina, kad vejo poveikis nagrinejamai konstrukcijai tiesiogiai priklauso nuo juostos skerspjuvio matmenu ([TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] 1998; Farkas, Jarmai 1997).

Taip pat zinomos ivairios paskirties statiniu sistemos, kuriose sekmingai naudojamos paspyrines konstrukcijos ar ju elementai (Navarro, Cazon 2005; Wang 2004; [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] 1975). tarp ju deretu isskirti paspyrinius vienkamienius stiebus ([TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] 1981, 1989). Butina pazymeti, kad paspyrines konstrukcijos leidzia sumazinti stiebu ir bokstu juostu skaiciuojamaji ilgi bei padidinti ju laikomaja galia.

Straipsnyje aptariama nauja kombinuota ploksciojo boksto-stiebo konstrukciju sistema, kurios juostos yra sustandintos is boksto santvaros plokstumos dvipusiais paspyriniais is anksto itemptais elementais. analizuojama atskiros paspyrines juostos elgsena veikiant skersinei apkrovai, pateikiama inzinerine metodika jos elementu irazoms ir poslinkiams apskaiciuoti. Parodyta, kad paspyriniai elementai leidzia gerokai sumazinti maksimalius lenkiamuosius momentus boksto-stiebo santvaros juostose. Parodyta, kad siuloma nauja kombinuota paspyrine boksto-stiebo sistema yra pagal mases kriteriju gerokai efektyvesne uz analogiska tradicine boksto-stiebo sistema.

2. Ploksciojo boksto-stiebo konstrukcijos

2.1. Konstrukciju sandara

Plokscias bokstas-stiebas yra tokia misri konstrukciju sistema, kurioje, siekiant sumazinti iprastinio boksto metalo sanaudas, derinamos bokstu ir stiebu savybes. Vietoje keturiu ar triju boksto santvaru yra konstruojama tik viena plokscia santvara, sutvirtinta is jos plokstumos atotampomis (1 pav.). atotampu plokstumoje si misri konstrukciju sistema igauna stiebo elgsenos savybiu, o is atotampu plokstumos--boksto. Mases sunaudojimo poziuriu tokia konstrukciju sistema pranasesne uz bokstus, Taciau nusileidzia stiebams. tokiu misriu sistemu taikymo privalumas--kur kas mazesnis nei stiebu uzstatymo plotas. Be to, si boksto-stiebo savybe gali buti tinkamai isnaudota pailguose "reziniuose" sklypuose, kuriu rinkos verte yra nedidele.

Ploksciojo boksto-stiebo apkrovos yra gerokai mazesnes nei tipinio boksto. tokia konstrukcine sistema lengviau pagaminti, gabenti ir sumontuoti. Vienas is pagrindiniu boksto-stiebo konstrukcines sandaros trukumu--didelis jo kamieno juostu geometrinis (o kartu skaiciuojamasis) ilgis is boksto santvaros plokstumos (1 pav.). Jis yra gerokai didesnis uz geometrini (ir skaiciuojamaji) juostos ilgi santvaros plokstumoje. Del tokio juostu ilgiu "nesuderinamumo" reikia konstruoti nesimetrinius skerspjuvius, pavyzdziui, dvitejus. Taciau ir sie skerspjuviai ne visada atitinka subalansuoto pastovumo abiejose plokstumose salyga. Be to, tokiu nesimetriniu skerspjuviu aerodinamines savybes gerokai prastesnes nei vamzdiniu.

[FIGURE 1 OMITTED]

2.2. Nauja paspyrine konstrukciju schema

Vienas is budu sumazinti skaiciuojamaji juostu ilgi is santvaros plokstumos--taikyti kombinuota sistema, kurios juostose yra irengtos paspyros (2 pav.). toks sprendimas leidzia, priklausomai nuo paspyru skaiciaus, taip sumazinti juostu skaiciuojamaji ilgi is santvaros plokstumos, kad jis taptu artimas arba lygus jos skaiciuojamajam ilgiui santvaros plokstumoje. Paspyrine sistema sudaro paspyros elementai 4 ir temples 5 (2 pav.). Paspyrine konstrukcija leidzia ne tik subalansuoti juostos skaiciuojamuosius ilgius, bet ir sumazina lenkiamuosius momentus juostoje. Butina pazymeti, kad paspyrine sistema efektyvi tik tada, kai jos temples yra is anksto itemptos.

[FIGURE 2 OMITTED]

3. Naujos konstrukcijos paspyrine juosta

3.1. Paspyrines juostos konstrukcinis sprendimas

Paspyrines konstrukcijos sandara turi itakos ne tik juostu, bet ir visos nagrinejamos boksto-stiebo sistemos elgsenai. kaip matyti is 2 pav., vienodo tipo paspyrines konstrukcijos isdestytos per juostos ilgi h, esanti tarp atotampu tvirtinimo mazgu. tokia atskira paspyrine juostos konstrukcija parodyta 3 pav. Ja sudaro juostos elementas 1, paspyru elementai 4 ir temples 5. Paspyros isdestytos taip, kad kamieno juosta butu sudalinta i tris lygias a dalis--tarpmazgius. Ju ilgiai turi buti suderinti su boksto-stiebo santvaros tinkleliu. Paspyru plotis b parenkamas taip, kad si konstrukcine sistema butu veiksni, t. y. galetu perimti skersine apkrova, veikiancia kamieno asies atzvilgiu, ir kartu sumazinti kamieno lenkiamuosius momentus. Lenkiamiesiems momentams itakos turi ir templiu skerspjuvio plotas. Butina pazymeti, kad taikant isankstini templiu itempima nuo paspyru plocio b (arba kampo [[alpha].sub.1]) priklausys ir asines jegos, veikiancios kamiene, reiksme.

[FIGURE 3 OMITTED]

3.2. Paspyrines juostos inzinerinio skaiciavimo metodika

Paspyrines juostos elgsenos analizei atlikti isskirsime is visos sistemos jos h ilgio dali, esancia tarp atotampu arba tarp pamato ir atotampos. atsizvelgdami i sudaromuju elementu skerspjuviu matmenis ir ju jungtis laikysime, kad temples 1-6 ir 4-6 bei 1-5 ir 4-5, taip pat ir paspyros 2-6 ir 3-6 bei 2-5 ir 4-5 prie nekarpytosios kamieno juostos jungiami lanksciai (4 pav.). Si statiskai neisspendziama konstrukcija, veikiama skersines tolygiai isskirstytos apkrovos w, pridetos prie kamieno juostos asies, deformuosis analogiskai zinomoms strypinems sistemoms. temples 1-6 ir 4-6 pailges, o temples 1-5 ir 4-5--sutrumpes. Paspyros (statramsciai) 2-6 ir 3-6 bus gniuzdomos, o paspyros 2-5 ir 4-5--tempiamos. apkrova w kamieno juostoje 1-2-3-4 sukels lenkiamuju momentu. Siuos lenkiamuosius momentus [M.sub.2] ir [M.sub.3] (mazgai 2 ir 3) galima apskaiciuoti nagrinejant statiskai issprendziama sistema, apkrauta w ir sutelktosiomis jegomis, pridetomis paspyru jungimo mazguose. Is poslinkiu lygties gausime:

[M.sub.2] 1,2 [E.sub.f][J.sub.f] / [[alpha].sup.2] [[DELTA].sub.2], - 0, [1wa.sup.2] (1)

cia: [E.sub.f] [J.sub.f]--kamieno juostos 1-4 lenkiamasis standis; [[DELTA].sub.2]--2-ojo mazgo poslinkis.

Is (1) lygties matyti, kad lenkiamojo momento reiksme priklauso ne tik nuo apkrovos w, bet ir nuo 2 mazgo poslinkio. Sis yra tampriai susietas su templiu deformacijomis. atsizvelgiant i nagrinejamos sistemos ir apkrovimo simetriskuma galima (nepateikiant irodymo) uzrasyti: [M.sub.2] = [M.sub.3], [[DELTA].sub.2] = [[DELTA].sub.3].

[FIGURE 4 OMITTED]

Lenkiamasis momentas kamieno juosto tarpmazgio 1-2 viduryje apskaiciuojamas pagal tokia israiska:

[M.sub.1-2] = 3/5 (w x [a.sup.2] / 8 + [E.sub.ff]J / [a.sup.2] [[DELTA].sub.2]). (2)

Galima momento M1-2 reiksme apskaiciuoti ir pagal zinoma paprastesne formule:

[M.sub.1-2] = (w x [a.sup.2] / 8 - [M.sub.2] / 2 (3)

Kai zinomas [M.sub.2], galima apskaiciuoti ir lenkiamaji momenta kamieno juostos tarpmazgio 2-3 viduryje:

[M.sub.2-3] = (w x [a.sup.2] / 8 - [M.sub.2]). (4)

Apskaiciuosime asines jegas nagrinejamos konstrukcijos elementuose. Iraza templeje 1-6 (ir 1-4) nustatysime is statikos pusiausvyros lygties, nagrinedami dvieju strypu kabamaja konstrukcija, apkrauta sutelktaja apkrova:

[N.sub.1-6] - [N.sub.2-6] x h x sin [[alpha].sub.2] / 2 x b x cos [[alpha].sub.1], (5)

cia: h, b--nagrinejamos konstrukcijos matmenys (pagal 3 pav.); [[alpha].sub.1] ir [[alpha].sub.2]--atitinkamai, temples ir paspyros kampas su kamieno juostos asimi.

Is (5) formules matyti, kad iraza tempiamojoje templeje N1-6 galima bus apskaiciuoti tik tada, kai bus zinoma iraza gniuzdomojoje paspyroje [N.sub.2-6]. Analogiskai is statikos pusiausvyros lygciu galima gauti formules irazoms gniuzdomoje templeje [N.sub.1-5] ir tempiamojoje paspyroje [N.sub.2-6] apskaiciuoti. Pazymetina, kad [absolute value of [N.sub.1-6]] = [absolute value of [N.sub.1-5]], o [absolute value of [N.sub.2-6]] = [absolute value of [N.sub.2-5]].

Butina pazymeti, kad pagrindiniais nezinomaisiais galima laikyti mazgo poslinki [[DELTA].sub.2] ir iraza paspyroje [N.sub.2-6]. kol nebus apskaiciuoti sie dydziai, negalima bus nustatyti nei lenkiamuju momentu [M.sub.2], [M.sub.1-2], [M.sub.2-3] reiksmiu, nei asiniu jegu [N.sub.1-6], [N.sub.1-5].

Tarkime, kad paspyros asies deformacijos yra labai mazos ir ju galima nepaisyti. tada galima uzrasyti lygybe:

[[DELTA].sub.6] = [[DELTA].sub.2]. (6)

Mazgo 6 poslinki galima apskaiciuoti is tokios israiskos:

[[DELTA].sub.6] = [N.sub.1-6] x h x / 2 x [E.sub.t][A.sub.t] sin[[alpha].sub.1] cos[[alpha].sub.1], (7)

cia [E.sub.t][A.sub.t]--temples asinis standis.

Kaip matome, (6) formule nusako rysi tarp mazgo poslinkio [[DELTA].sub.6], asines jegos paspyroje [N.sub.1-6] ir temples asinio standzio [E.sub.t][A.sub.t].

Pasitelkus (6) lygybe galima galima gauti formule asinei jegai 2-6 paspyroje apskaiciuoti:

[MATHEMATICAL EXPRESSION NOT REPRODUCIBLE IN ASCII]. (8)

Kaip matyti is (8), asinei jegai [N.sub.2-6] nustatyti butina zinoti kamieno juostos lenkiamojo standzio [E.sub.f] [J.sub.f3] ir paspyros asinio [E.sub.t][A.sub.t] standzio reiksmes. kai yra tos pacios pradines salygos (apkrova ir geometriniai parametrai), galima keiciant santykio [E.sub.f] [J.sub.f] / [E.sub.t][A.sub.t] reiksmes reguliuoti irazas (visu pirma lenkiamuosius momentus) ne tik paspyroje, bet ir kituose sios sistemos elementuose.

Pagrindine nagrinejamos paspyrines sistemos problema--gniuzdymo jegos 1-5 ir 4-5 templese, reikalaujancios del atsirandancio klupdymo didesnio ju skerspjuvio, o kartu ir mases. Yra zinomos ivairios konstrukcines sistemos, kuriose taikomas tam tikru gniuzdomuju elementu isankstinis itempimas siekiant sumazinti arba panaikinti juose veikiancius gniuzdymo itempius (saito, Wade 2009; [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] 1975). Todel suteiksime isankstini itempima musu nagrinejamai sistemai itempiant temples. isankstinio itempimo jegos N0 reiksme turi atitikti tokia salyga:

[N.sub.0] [greater than or equal to] [k.sub.0] x [N.sub.c], (9)

cia: [N.sub.c]--gniuzdymo jega templeje nuo veikiancios apkrovos;--[k.sub.0] = 1,1 - 1,2 koeficientas, ivertinantis isankstinio itempimo irengimo buda ir kontrole ([TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] 1975).

Si nelygybe reiskia, kad veikiant isorinei apkrovai sistemos templese nebus gniuzdymo itempiu. Taciau kituose konstrukciniuose elementuose del N0 poveikio atsiras papildomu irazu. Paspyrose nuo sio isankstinio itempimo atsiras gniuzdymo jegos, lygios:

[N.sub.0(2-6)] = [N.sub.0(3-6)] = [N.sub.0] sin[[alpha].sub.1]/sin[[alpha].sub.2]. (10)

kamieno juostos 1-2, 2-3 ir 3-4 elementuose asines gniuzdymo jegos nuo isankstinio itempimo bus lygios:

[N.sub.0(1-2)] = [N.sub.0(3-4)] = 2[N.sub.0(1-6)] cos[[alpha].sub.1], (11)

[N.sub.0(2-3)] = 2[N.sub.0(1-6)] = cos[[alpha].sub.1] - [N.sub.0(2-6)] = cos[[alpha].sub.2]. (12)

Deretu pazymeti, kad del isankstinio itempimo turi buti tenkinamos nagrinejamos sistemos gniuzdomuju elementu, ypac kamieno, pastovumo (stabilumo) salygos (saito, Wade 2009; Chan et al. 2007; [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] 1975).

Kai nagrinejamoje is anksto itemptoje sistemoje veikia apkrova w, irazas galima skaiciuoti taikant superpozicijos principa. skaiciuojant bendruosius sistemos mazgu poslinkius bus nepaisoma strypu deformaciju ir atitinkamu poslinkiu nuo isankstinio itempimo poveikio. tokiu budu bendrosios (sumines) asines jegos templese bus lygios:

[summation][N.sub.1-6] = [N.sub.0(1-6)] + [N.sub.1-6], (13)

[summation][N.sub.1-5] = [N.sub.0(1-5)] - [N.sub.1-5]. (14)

Kaip matome is (13) ir (14) formuliu, bendroji asine tempinio jega 1-6 templeje padides, o bendroji asine jega 1-5 templeje sumazes, Taciau, atsizvelgiant i (9) salyga, ji jegos paspyrose:

[summation][N.sub.2-6] = [N.sub.0(2-6)] + [N.sub.2-6], (15)

[summation][N.sub.2-5] = [N.sub.0(2-5)] - [N.sub.2-5]. (16)

Asine gniuzdymo asine jega [summation][N.sub.2-6] isaugs, o 2-5 paspyroje isliks, nepaisant isankstinio itempio poveikio, gniuzdomieji itempiai.

Bendrasias asines jegas kamieno juostos elementuose 1-2, 2-3 ir 3-4 galima apskaiciuoti pagal tokias formules:

[summation][N.sub.1-2] = [N.sub.0(2-6)], (17)

[summation][N.sub.2-3] = [N.sub.0(2-3)]. (18)

Butina pabrezti, kad kamieno juostos 1-2, 2-3 ir 3-4 elementuose lenkiamuju momentu reiksmes islieka tokios pat ir apskaiciuojamos kaip ir neitemptojoje sistemoje pagal (1), (3), (4) formules. Butina pazymeti, kad projektuojant paspyrine sistema nederetu isankstinio itempimo irazos reiksmes imti didesnes, nei to reikia pagal (9) salyga. savaime suprantama, kuo didesnis isankstinis itempis, tuo didesnes bendrosios irazos templese, paspyrose ir kamieno juostoje. kartu bus didesne ir bendroji konstrukciju mase. Nagrinejant sia paspyrine sistema nebuvo siekiama reguliuoti lenkiamuju momentu kamieno juostoje, bet keiciant geometrinius parametrus ir parenkant tinkama santykio [E.sub.f][J.sub.f] / [E.sub.t][A.sub.t] reiksme galima pasiekti optimalaus ju pasiskirstymo (Jatulis et al. 2007).

Aptarta inzinerine skaiciavimo metodika gali buti taikoma ir vienpusiu neitemptu paspyriniu sistemu (kai paspyros irengtos tik is vienos kamieno puses) irazoms bei poslinkiams nustatyti. tokios sistemos gali buti naudojamos kaip laikanciosios konstrukcijos ivairios paskirties pastatuose ir statiniuose. tik nagrinejant tokias konstrukcijas, butina atsizvelgti i tai, kad veikiancia apkrova w perims tik vienos puses paspyros ir temples, todel irazos siuose elementuose isaugs dvigubai. Be to, kamienas jau bus veikiamas asines gniuzdomosios jegos. kamieno mazgu poslinkiai, esant tam paciam standumu santykiui, taip pat padides. O lenkiamuju momentu kamiene reiksmes jau priklausys nuo minetu poslinkiu reiksmiu.

3.3. Skaitinis modeliavimas

Pasiulytos inzinerines skaiciavimo metodikos tikslumui ivertinti ir nustatyti taikomu prielaidu tinkamuma buvo atliktas nagrinejamos paspyrines sistemos skaitinis modeliavimas. Buvo pasirinkta baigtiniu elementu metodu programa Autodesk Robot Structural Analysis. skaiciavimai atlikti taikant tiesinio skaiciavimo (pirmosios eiles analizes) procedura. Buvo nagrineta paspyrines sistema, kurios aukstis h = 24 m, plotis 2b = 7,2 m, trapmazgiu ilgis a = 8 m (4 pav.). kamiena sudare vamzdinio skerspjuvio [empty set] 273x3,5 profiliuotis, paspyrinis elementas suprojektuotas taip pat is vamzdinio skerspjuvio [empty set] 76x3,5, o templems parinktas apskritas pilnaviduris [empty set] 18 mm skersmens strypas. siekiant nustatyti templiu deformaciju itaka, buvo keiciamas templiu skersmuo (iki [empty set] 10 mm). kamienas buvo apkrautas tolygiai paskirstyta apkrova w = 0,3 kN/m. Buvo nagrineti variantai su isankstiniu templiu itempimu ir be jo. Buvo keiciamos ir isankstinio itempimo jegos templese reiksmes: [N.sub.0] = 7,382 kN (kai temple [empty set] 18 mm), [N.sub.0] = 5,0 kN (kai temple [empty set] 10 mm). Gauti skaitinio modeliavimo rezultatai sugretinti su inzinerines metodikos skaiciavimo duomenimis. kamieno lenkiamuju momentu absoliutines ir santykines reiksmes, kai templiu [empty set] 18 mm, pateikti 1 lenteleje.

Is 1 lenteleje pateiktu duomenu matyti, kad inzinerinio skaiciavimo rezultatai yra gana artimi BEM gautiems rezultatams. Didziausios paklaidos sudaro tik apie 2 %. Galima pazymeti, kad inzinerine metodika, palyginti su BEM, duoda mazesnes lenkiamuju momentu reiksmes kamieno tarpmazgio viduryje ir didesnes ties tarpinemis atramomis (mazgai 2 ir 3). tokiems rezultatams itakos turi paspyru asies deformaciju nepaisymas (zr. (6) salyga) ir poslinkiu nuo isankstinio itempimo (apspaudimo) nevertinimas. todel kamieno poslinkiai, apskaiciuoti pagal inzinerine metodika, yra mazesni nei pagal BEM ([[DELTA].sub.2I] = 4,095mm < 4,248mm = [[DELTA].sub.BEM]). Butina pazymeti, kad sumazinus templiu skerspjuvio plota (kai temples [empty set] 10 mm) ir atitinkamai isankstini ju itempima (kai [N.sub.0] = 5,0 kN), inzinerines metodikos paklaidos kiek sumazejo (iki 1,47 %). is gautu skaiciavimo rezultatu galima teigti, kad tinkamas paspyrines konstrukcijos komponuojamuju parametru parinkimas leidzia gauti palanku lenkiamuju momentu pasiskirstyma kamiene. Lenkiamuju momentu reiksmes kamieno tarpmazgyje ir ties tarpinemis atramomis yra absoliutiniu didumu artimos.

Nagrinejamos sistemos elementu asiniu jegu absoliutines ir santykines reiksmes, kai templiu [empty set] 18 mm, pateiktos 2 lenteleje. is jos duomenu matyti, kad inzinerines metodikos paklaidos, apskaiciuojant asines jegas, yra taip pat nedideles ir siekia tik 2,35 %. Butina pazymeti, kad asiniu jegu reiksmes nuo isankstinio itempimo, gautos pagal (10 -(12) formules, praktiskai sutapo BEM rezultatais. Gautu asiniu jegu skaiciavimo rezultatu analize parode, kad nagrinejamoje is anksto itemptoje konstrukcijoje templese nera gniuzdymo irazu. Pavyzdziui, templeje 1-5 asine jega lygi [N.sub.1-5] = +2,482 kN. sumazinus templiu skerspjuvi (iki [empty set] 10 mm) ir ju isankstini itempima (iki +5,0 kN) asine jega toje pacioje templeje 1-5 isliko teigiama ir lygi [N.sub.1-5] = +0,104 kN. Paspyrose 2-6 ir 2-5 isliko gniuzdymo jegos. kaip matyti, didziausia asine gniuzdymo jega veikia kamiene (elementai 1-2, 3-4). Ji didesne (absoliutiniu didumu) uz asine tempimo jega templese (1-6 ir 4-6). Butina pazymeti, kad asine gniuzdymo jega kamiene yra sukeliama tik nuo isankstinio templiu itempimo, o veikianti apkrova w jos reiksmes nepakeicia. atsizvelgiant i tai svarbu parinkti maziausia, bet pakankama templiu isankstinio itempimo jega vadovaujantis (6) salyga.

4. Skaitinis boksto-stiebo variantu modeliavimas ir ju gretinamoji analize

Iprasto ir naujo kombinuoto ploksciuju bokstu-stiebu elgsenai sugretinti buvo atliktas skaitinis eksperimentas. Nagrinejami 96 m aukscio statiniai (4 pav.), apkrauti tolygiai paskirstyta apkrova w = 0,33 kN.

Iprastos ir naujos boksto-stiebo konstrukciju elementu skerspjuviai pateikti 3 lenteleje. Jie buvo parinkti pagal veikiancias apkrovas ir irazas. Visu atotampu pradiniai tempimo itempiai buvo imti vienodi--100 MPa (itempimo jegos 5 kN). atotampu lygiu koordinates taip pat imtos vienodos (5 pav.). Naujos konstrukcijos atskiru paspyru aukstis buvo lygus 24 m. abieju variantu ploksciuju santvaru tinkleliu schemos priimtos vienodos--trikampes. statiniai skaiciavimai buvo atliekami naudojantis mineta programa Autodesk Robot Structural Analysis.

[FIGURE 5 OMITTED]

Apibendrinti abieju boksto-stiebo konstrukciju sistemu skaiciavimo rezultatai pateikti 4 lenteleje ir 5 pav.

Kaip matyti is pateiktu duomenu, kombinuoto paspyrinio boksto-stiebo irazos yra gerokai mazesnes uz iprasto boksto-stiebo irazas. Del paspyru palankaus poveikio didziausieji lenkiamieji momentai paspyrineje juostoje sudaro tik 5,1 kNm, kai iprastos sistemos juostoje jie yra daugiau nei 4,8 karto didesni ir lygus 24,3 kNm (5 pav.). Pabreztina, kad naujos sistemos juostos lenkiamuju momentu diagrama yra tolygiau pasiskirsciusi, o atotampu jungimo vietose nera tokiu lenkiamuju momentu suoliu kaip iprastoje sistemoje.

Asines jegos naujos sistemos juostoje, nepaisant isankstinio paspyru itempimo, taip pat yra mazesnes ir sudaro apie tik 81 % tipines boksto-stiebo juostos asines jegos. svarbi ir ta aplinkybe, kad vertikali naujos sistemos reakcija i pamata yra apie 1,65 karto mazesne, lyginant su iprastinio boksto-stiebo reakcija.

Didziausios abieju sistemu irazos atotampose praktiskai sutampa, todel ju skerspjuviai vienodi. Butina pabrezti, kad naujos kombinuotos paspyrines ploksciojo boksto-stiebo sistemos kamieno konstrukciju mase apie du kartus mazesne nei iprasto. Tai su kaupu kompensuoja galimas papildomas templiu isankstinio itempimo darbo sanaudas.

5. Isvados

1. Pateiktas naujas plokscio boksto-stiebo sistemos konstrukcinis sprendimas leidzia, priklausomai nuo paspyru skaiciaus, sumazinti juostu skaiciuojamaji ilgi is santvaros plokstumos ir subalansuoti klupumo itempius abieju juostos asiu atzvilgiu. tai savo ruoztu leidzia naudoti juostoms racionalius apskritojo skerspjuvio profiliuocius.

2. Pateikiamos analizines israiskos paspyrines sistemos juostos elementu irazoms ir poslinkiams apskaiciuoti atsizvelgiant i isankstini templiu itempima.

3. Atliktas ploksciu bokstu-stiebu skaitinis eksperimentas parode, kad siulomas naujas plokscio bokstostiebo sistemos konstrukcinis sprendimas leidzia apie 4,8 karto sumazinti lenkiamuosius momentus juostose ir apie 1,2 karto--asines jegas jose. Nustatyta, kad naujos kombinuotos sistemos kamieno konstrukciju mase mazdaug perpus mazesne nei iprasto.

doi: 10.3846/skt.2009.19

Received 2009 10 19; accepted 2009 11 26

Literatura

Jasim, a. N.; Galeb, C. a. 2002. Optimum design of square freestanding communication towers, Journal of Constructional Research 58: 413-425. doi:10.1016/s0143-974X(01)00055-4

Chan, s.; shu, G.; Lu, Z. 2007. stabilyti analysis and parametric study of pre-stressed stayed columns, Engineering Structures 24: 115-124. doi:10.1016/s0141-0296(01)00026-8

Farkas, J.; Jarmai, k. 1997. Analysis and Design of Metal Structures. roterdam: a. a. Balkema. 339 p.

Gantes, C.; khoury, r.; Connor, J. J.; Pouangare, C. 1993. Modeling, loading, and preliminary design consideration for tall guyed towers, Computers and Structures 49(5): 797-805. doi:10.1016/0045-7949(93)90027-B

Gioffre, M.; Gusella, V.; Materazzi, a.; Venanzi, i. 2004. Removable guyed mast for mobile phone networks: wind load modeling and structural response, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 92(6): 463-475. doi:10.1016/j.jweia.2004.01.006

Halasz, r.; Petersen, C. 1970. Abgespannte Maste und Schornsteine. Statik und Dynamik. Berlin: Ernstu sohn. 111 p.

Jatulis, D.; Juozapaitis, a.; kamaitis, Z. 2007. Technical and economical effectiveness of guyed mast with combined guys, Technological and Economic Development of Economy 13(2): 120-125.

Juozaitis, J.; Sapalas, a. 1998. Behaviour of Masts subjected to action of wind load, Journal of Contructional Steel Reseach 46(1): 467-467. doi:10.1016/s0143-974X(98)80090-4

Juozapaitis, a.; kutas, r.; Jatulis, D. 2008. Mast behaviour analysis and pecularities of numerical modelling, Journal of Civil Engineering and Management 14(1): 61-66. doi:10.3846/1392-3730.2008.14.61-66

Kulbach, V. 2007. Cable Structures. Design and Analysis. Tallin: Estonian academy Publisher. 224 p.

Saito, D., Wade, M. a. 2009. Numerical studies of interactive Buckling in Prestressed steel styed columns, Engineering Structures 31: 32-443. doi:10.1016/j.engstruct.2008.09.008

Materazzi, a. L.; Venanzi, i. 2007. a simplified approach for the Wind response analysis of Cable-stayed Masts, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 95(9-11): 1272-1288. doi:10.1016/j.jweia.2007.02.008

Navarro, M. G.; Cazon, J. M. 2005. an unusual externally presstressed 100-m span Footbridge at Valladolid (spain), in Proceeding 4th European Conference on Steel and Composite Structures. June 8-10, 2005. Mastricht. Vol B, 4.7-65-4.7-72.

Palkowski, sz. 2006. some Problems of calculation and design of cable structures. Progress in steel, composite and aliuminium structures, in Proceedings of XI International Conference on Metal Structures, 21-23 June 2006, rzeszow. London: taylor and Francis, 79-89.

Smith, B. W. 2007. Communication Structures. London: Thomas Telford. 338 p. doi:10.1680/cs.34006

Wahba, Y.; Madugula, M.; Monforton, G. 1998. Evaluations of non-linear analysis of guyed antenna towers, Computers and Structures 68(1): 207-212. doi:10.1016/s0045-7949(98)00025-X

Wang, B. B. 2004. Free-standing Tension Structures. London: taylor and Francis. 234 p.

[TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII], H. 1969. [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] [Melnikov, N. antenna structures]. [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII]. 48 c.

[TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] [Belenia, E. i. Pre-stressed steel structures]. [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII]. 164 c.

[TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII], A. A. 1989. [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] [Vojevodin, a. a. Prestressed structures]. [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII]. 304 c.

[TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII], A. A. 1981. [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] [Vojevodin, a. a. kick-stand radio-masts]. [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII]. 176 ?.

[TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII], B. B. 1998. [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] [kuznecov, V. V. steel structures]. T. 3. [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII]: ACB. 576 c.

Algirdas Juozapaitis (1), Donatas Jatulis (2), Antanas Sapalas (3)

Vilniaus Gedimino technikos universitetas, Sauletekio al. 11, LT-10223 Vilnius, Lietuva El. pastas: (1) alg@vgtu.lt; (2) donatas.jatulis@vgtu.lt; (3) antanas.shapalas@vgtu.lt

Algirdas JUOZAPAITIS. assoc. Prof. at the Department of Bridges and special structures, Vilnius Gediminas technical university (VGtu), Lithuania. Ph.D. at VGtu. research interests: steel bridges and special steel structures, optimal shape determining of structures, geometrical non-linear analysis of structures.

Donatas JATULIS. assoc. Prof. at the Department of Bridges and special structures, Vilnius Gediminas technical university (VGtu), Lithuania. Ph.D. at VGtu. research interests: development of guyed-mast structures, non-linear analysis of cables and guyed masts, optimal structural design.

Antanas SAPALAS. Prof. at the Department of steel and timber structures, Vilnius Gediminas technical university (VGtu), Lithuania. Ph.D. at VGtu. research interests: long--term behaviour of composite structures, bearing capacity of composite structures, behaviour of structures in fire, steel structures for telecommunication network.
1 lentele. Inzinerinio skaiciavimo (I) ir baigtiniu elementu
metodo (BEM) kamieno lenkiamuju momentu reiksmes

Table 1. Mast bending moments according to engineering
calculations (I) and the finite element method (BEM)

 Pjuvis M(I), kNm M(BEM), kNm [DELTA]M, %

 1 0 0 0
1-2 (vidurys) +1,79 +1,80 +0,55
 2 -1,69 -1,67 -1,20
2-3 (vidurys) +0,95 +0,97 +2,06
 3 -1,69 -1,67 -1,20
3-4 (vidurys) +1,79 +1,80 +0,27
 4 0 0 0

2 lentele. Inzinerinio skaiciavimo (I) ir baigtiniu elementu
metodo (BEM) skaiciavimo asiniu jegu reiksmes

Table 2. Element axial forces according to engineering
calculations (I) and the finite element method (BEM)

Elementas N (I), kN N (BEM), kN AN,%

 1-2 -14,141 -14,142 +0,01
 2-3 -9,430 -9,428 +0,02
 3-4 -14,140 -14,142 +0,01
 2-5 -1,065 -1,042 -2,21
 2-6 -5,276 -5,300 +0,45
 5-3 -1,065 -1,042 +0,01
 6-3 -5,276 -5,300 +0,45
 1-5 +2,482 +2,425 -2,35
 1-6 +12,282 +12,540 +0,47
 5-4 +2,482 +2,425 -2,35
 6-4 +12,282 +12,340 +0,47

3 lentele. Iprastos ir naujos konstrukcijos statiniu elementu
skerspjuviai

Table 3. The element properties of typical and new stuctures

Konstrukcijos Iprastas plokscias Kombinuotas plokscias
elementas bokstas-stiebas bokstas-stiebas

Juosta [empty set] 530x8 [empty set] 273x4

Tinklelio ele- [empty set] 219x3,5 [empty set] 219x3,5
mentas

Atotampos 0,5 0,5
skerspjuvio plotas A
(1-4 lygiai),
[cm.sup.2]

Paspyrinis elementas - [empty set] 76x3,5

Temple - d = 18

4 lentele. Maksimaliu irazu lentele

Table 4. Structure element maximal forces

Iraza Iprastas plokscias Kombinuotas plokscias
 stiebas-bokstas bokstas-stiebas

Lenkimo 24,3 5,1
momentas
juostoje, kNm

Vertikali 159,3 96,5
reakcija i
pamata, kN

Juostu asine 159,3 129,1
jega, kN

Atotampos 14,1 14,2
tempimas, kN

Temple - d = 18
COPYRIGHT 2009 Vilnius Gediminas Technical University
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2009 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

 Reader Opinion

Title:

Comment:



 

Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Author:Juozapaitis, Algirdas; Jatulis, Donatas; Sapalas, Antanas
Publication:Engineering Structures and Technologies
Article Type:Report
Geographic Code:4EXLT
Date:Dec 1, 2009
Words:4174
Previous Article:Professor Herbert A. Mang--inaugurated as Doctor Honoris Causa of VGTU/Profesorius Herbert A. Mang--inauguruotas VGTU Garbes Daktaras.
Next Article:Discrete analysis for single-pylon suspension bridges/Kabamojo tilto su vienu pilonu diskrecioji analize.
Topics:

Terms of use | Copyright © 2015 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters