THE RIBBED-ANNULAR DOME'S UPPER TIER MODEL STABILITY EXPERIMENTAL STUDIES

Заголовок (англійською): 
THE RIBBED-ANNULAR DOME'S UPPER TIER MODEL STABILITY EXPERIMENTAL STUDIES
Автор(и): 
V.H. Tonkacheiev
S.I. Bilyk
Автор(и) (англ): 
V.H. Tonkacheiev
S.I. Bilyk
Ключові слова (укр): 
ребристо-кільцевий купол, ферма Мізеса, втрата стійкості, пружні горизонтальні опори, опорне кільце, затяжка, верхній ярус
Ключові слова (англ): 
ribbed-annular dome, Mises' truss, stability loss, elastic horizontal supports, support ring, puff, upper tier
Анотація (укр): 
Ціль проведення даного дослідження - перевірка гіпотези втрати стійкості з ефектом проклацування верхнім ярусом ребристо-кільцевого куполу на натурніймоделі експериментальним випробуванням, та підтвердження нелінійної роботи ярусу під дією зовнішнього навантаження. Методика. За аналог куполу для моделювання був прийнятий ребристо-кільцевий купол описаний в плані колом діаметром 18м із відношенням стріли куполу до прольоту 1/4, який складався з 8 ребер та мав 6 ярусів по висоті. Верхній ярус куполу обмежений нижнім кільцем, яке одночасно є верхнім кільцем нижче розташованого ярусу, та верхнім опорним кільцем куполу. Кільця ярусу та ребра виконані зі сталевих замкнутих гнутозварних профілів прямокутного перерізу. У якості моделі верхнього ярусу куполу було прийнято рішення використати ферму Мізеса, як популярну модель для теоретичних досліджень стійкості двострижневих похилих систем, яка дозволяє моделювати нелінійну роботу цих систем. Використання класичної ферми Мізеза при моделюванні поведінки верхнього ярусу куполу пов’язано з низкою проблем. В першу чергу ярус – тривимірна система, що має вісім стрижнів, тому було прийнято рішення моделювати ярус еквівалентною пласкою фермою, що являє собою 1/4 від верхнього ярусу. По друге, нижнє кільце ярусу має обмежену жорсткість та здатне деформуватись, в той час як класична ферма має нерухомі опори, саме тому було прийнято рішення додати до класичної моделі ферми пружні горизонтальні опори. Горизонтальні пружні опори виконувались як сталеві парні затяжки та моделювали деформації нижнього опорного кільця верхнього ярусу куполу. Результати.Проведена первинна та вторинна обробка отриманих даних, та проведено аналіз результатів натурного випробування. Підтверджено нелінійний характер деформування верхнього ярусу ребристо-кільцевого куполу під дією зовнішнього зосередженого вертикального навантаження в гребеневому вузлі. Встановлено, що характер втрати стійкості верхнім ярусом має ефект проклацування гребеневого вузлу. Наукова цінність. Отримано залежності деформування еквівалентної ферми Мізеса з пружними горизонтальними опорами за допомогою натурного експерименту. Виконано порівняння результатівекспериментальних досліджень поведінки еквівалентної ферми з результатами існуючих теоретичних досліджень. Аналіз результатів експериментальних та теоретичних досліджень підтвердив достовірність результатів експерименту та підтвердив доцільність використання аналітичних виразів для попередньої оцінки стійкості ферми Мізеса з пружними горизонтальними опорами. Практична значимість. Отримані результати експериментальних досліджень дозволяють створити інструментарій для проектувальників для підвищення надійності купольних конструкцій.
Анотація (англ): 
The work’s aim is to check the stability loss hypothesis with the snap-through effect of the ribbed-annular dome's upper tier on a full-scale model by experimental tests, and confirming the nonlinear tier's work under external load.An equivalent von-Mises truss with elastic supports mockup was tested, which was 1/4 of the dome's upper tier with eight ribs connected by upper and lower support rings.Horizontal elastic supports were performed as twin steel puffs and simulated the dome's upper tier lower support ring's deformations.Primary and secondary processing of the obtained data were made, as well as the full-scale experimental data results analysis.The equivalent von-Mises truss with elastic horizontal supports deformation dependencies from external concentrated load were determined.The experimental model's behavior study results were compared with the theoretical studies' results. The analysis of the experimental and theoretical studies results confirmed the experimental data reliability and confirmed the using analytical expressions feasibility for the von-Mises truss with elastic horizontal supports stability preliminary assessment.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2022, номер 108
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2022, number 108
Мова статті: 
English
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
21-108_tonkacheiev_v.h._bilyk_s.i.pdf
Дата публікації: 
05 July 2022
Номер збірника: 
108
Університет автора: 
Kyiv National University of Construction and Architecture 31, Povitroflotsky ave., Kyiv, Ukraine, 03037
References: 
  1. Bilyk S.I. Optimal form of the geometrical circuitry of the frame carcase with incline elements around functional cubature / Bilyk S. I. // Applied geometry and engineering graphics: Collection of scientific papers/ KNUBA. –К., 2004. – V. 74. – P. 228–235, [in Ukrainian].
  2. Tonkacheiev V.H. Ribbed-ring domes optimal design parameters' determination with usable area 200..500 m2. // Urban planning and spatial planning. Kyiv. KNUBA, 2016. Issue No 62 part 1. P. 525-531. [inUkrainian].
  3. Bilyk S.I., Tonkacheiev V.H. The influence of direction of the nodal load on stability of the von Mises truss with elastic supports on the example of ribbed domes with rings of steel// Construction, materials science, mechanical engineering.  Section: Innovative lifecycle technology of housing and civil, industrial and transportation purposes – Dnepr: PGASA,2015. – Issue No 85. – P. 44-49. http://smm.pgasa.dp.ua/article/view/67272
  4. Bilyk S.I. Stability of two-rod trusses taking into account the elastic stiffness of the ridge node // Collection of scientific works of the Ukrainian Institute of Steel Structures named after V.M. Shimanovsky. – 2015. – Issue No 16. – P. 13-21.[in Ukrainian].
  5. Bilyk S.I., Tonkacheiev V.H. Modeling of the low-pitched dome covering's upper tier defromations. // New technologies in construction, Issue No 32, Kyiv: NDIBV. 2017. P. 44-49. [in Ukrainian]
  6. R.V. Mises, Über die Stabilitätsprobleme der Elastizitätstheorie, Z. angew. Math. Mech., 3 (1923), 406–422, doi:10.1002/zamm.19230030602 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/ 10.1002/zamm.19230030602.
  7. Kala Z. Stability of von-Misses truss with initial random imperfections.Modern Building Materials, Structures and Techniques, MBMST 2016. Procedia Engineering 172 ( 2017 ) p.473 – 480. https://pdf.sciencedirectassets.com/278653/.
  8. Greco Marcelo, Carlos Eduardo Rodrigues Vicente, Analytical solutions for geometrically nonlinear trusses, Revista Escola de Minas, 62 (2009) 2, 205-214, doi:10.1590/S0370-44672009000200012
  9. Kala Z. Kalina М. Static equilibrium states of von Mises trusses. INTERNATIONAL JOURNAL OF MECHANICS, volume 10, 2016, p. 294-298. https://www.researchgate.net/publication/305175165Kala, Zdenek & Kalina, Martin. (2016).
  10. Frantık P. Simulation of the stability loss of the von Mises truss in an unsymmetrical stress state/ Engineering MECHANICS, Vol. 14, 2007, No. 1, p. 155–161 http://www.engineeringmechanics.cz/pdf/14_3_155.pdf
  11. S.I. Bilyk, А.S. Bilyk, V.H. Tonkacheiev.The stability of low-pitched von mises trusses withhorizontal elastic supports// Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles – Kyiv: KNUBA, 2022. – Issue 108. (submitted for publication)
  12. W. Nachbar, N.C. Huang: Dynamic snap-through of a simple viscoelastic truss, Q. Appl. Math., 25 (1967), 65–82, https://www.researchgate.net/publication/268490270_Dynamic _snap-through_of_a_simple_viscoelastic_truss, 23.11.2016
  13. Federico Oyedeji Falope, Matteo Pelliciari, Luca Lanzoni, Angelo Marcello Tarantino, Snap-through and Eulerian buckling of the bi-stable von Mises truss in nonlinear elasticity: A theoretical, numerical and experimental investigation, // International Journal of Non-Linear Mechanics, Volume 134, 2021, 103739, ISSN 0020-7462,https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2021.103739.
  14. Bilyk S.I., Tonkacheiev H.M., Bilyk А.S., Tonkacheiev V.H. Tall von-Mises trusses' skew-symmetric deformation// Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles – Kyiv: KNUBA, 2020. – Issue 105. – P. 114-126. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2020.105.114-126
  15. Isakhanov H.V. Fundamentals of scientific research in construction. Kyiv: Hight school. Head publishing house, 1985. 208p [inRussian].
  16. Zhuk A.Ia., Zheliabina N.K., Malyshev H.P. Fundamentals of scientific research in the field of practical mechanics // textbook. Manual, Zaporizhia. state eng. Academy, Book. 2: Experimental research.- Kyiv, Condor, 2012.-221 p.- (ill.) [inUkrainian].