В книге изложены основные метода расчета и принципы конструирования вантовых покрытий, образованных системой гибких нитей и жестким опорным контуром. Анализируются конструктивные схемы покрытий и тенденции их развития. Значительное место уделено вопросам статического и динамического расчета покрытий, алгоритмам, ориентированным на использование ЭВМ. Развиты вопросы оптимального проектирования вантовых покрытий на основе методов математического программирования. Методы расчета иллюстрированы числовыми примерами, принципы конструирования сопровождаются решениями из практики проектирования и строительства вантовых систем в СССР и за рубежом. Книга рассчитана на инженерно-технических и научных работников проектных и научно-исследовательских организаций, а также может быть полезна студентам строительных вузов и факультетов.

Предисловие

Глава I. Общие сведения о вантовых покрытиях
§ 1. Основные понятия и определения
§ 2. Типы вантовых покрытий. Их свойства и особенности
§ 3. Принцип формообразования вантовых покрытий с ортогональной структурой сети на гиперболическом параболоиде
§ 4. Равнопрочные структуры сетей вантовых покрытий
§ 5. Обеспечение предварительного натяжения вантовых покрытий

Глава II. Основные зависимости напряженно-деформированного состояния вантовых покрытий
§ 1. Понятия о нелинейно-деформируемых и мгновенно-жестких системах
§ 2. Кинематический анализ геометрически нелинейных систем
§ 3. Пологие гибкие нити
§ 4. Радиальные системы
§ 5. Перекрестные сети из двух семейств нитей
§ 6. Вантовые сети произвольной структуры
§ 7. Вантовые фермы
§ 8. Непологие вантовые системы произвольного вида

Глава III. Статический расчет вантовых покрытий
§ 1. Общие положения
§ 2. Вантовые системы с одним нелинейным параметром
§ 3. Вантовые системы с двумя нелинейными параметрами
§ 4. Вантовые системы со многими нелинейными параметрами
§ 5. Расчет бортового элемента и учет его податливости
§ 6. Расчет вантовых систем по заданным напряжениям

Глава IV. Вопросы проектирования оптимальных вантовых систем
§ 1. Постановка задач оптимизации
§ 2. Синтез гибкой нити
§ 3. Задача расчета оптимальной вантовой сети шестиугольной структуры
§ 4. Определение оптимальных параметров вантовых ферм
§ 5. Экстремальные принципы определения параметров вантовых сетей
§ 6. Определение оптимальной последовательности натяжения вант сети с контуром малой изгибной жесткости
§ 7. Компоновка конструкции из ограниченного числа различных сборных элементов

Глава V. Динамика вантовых покрытий
§ 1. Особенности динамического расчета вантовых покрытий
§ 2. Колебания линейно-деформируемых вантовых систем
§ 3. Колебания нелинейно-деформируемых вантовых систем
§ 4. Динамика вантовых непологих систем произвольного вида
§ 5. Динамика вантовых систем один раз статически неопределимых

Глава VI. Программирование расчета вантовых покрытий
§ 1. Использование ЭВМ при проектировании вантовых покрытий
§ 2. Программы расчета вантовых ферм
§ 3. Программы расчета пологих вантовых сетей и систем
§ 4. Программа расчета геометрически нелинейных шарнирно-стержневых систем с большим количеством неизвестных

Глава VII. Вопросы конструирования вантовых покрытий
§ 1. Материалы, применяемые для вантовых покрытий
§ 2. Концевые крепления вант
§ 3. Узлы примыкания вант к бортовым элементам
§ 4. Узлы пересечения вант в пролете
§ 5. Плиты покрытий

Глава VIII. Примеры вантовых покрытий из практики проектирования и строительства
§ 1. Покрытия прямолинейного очертания в плане
§ 2. Покрытия криволинейного очертания в плане
§ 3. Покрытия комбинированного очертания в плане

Литература

Предисловие

Интерес к вантовым покрытиям, проявляемый со стороны инженеров-исследователей, проектировщиков и строителей, с годами не ослабевает. Этому способствуют не только экономические достоинства таких покрытий, но и наличие развитых методов расчета и приемов конструирования, положительный опыт строительства многих оригинальных сооружений в СССР и за рубежом.

За шесть лет, прошедших после выхода первого издания данной книги, предложено много рациональных схем вантовых покрытий, значительно углублены исследования их статических и динамических свойств, развиты существовавшие методы расчета, решены новые задачи. Большие успехи достигнуты в исследовании кинематических свойств вантовых систем, в использовании ЭВМ, предприняты положительные попытки решения задач оптимального проектирования.

В данной книге рассматриваются вантовые покрытия, образованные в пролете системой гибких нитей и жестким опорным контуром. Для этой широко распространенной группы висячих покрытий авторы изложили основные вопросы, связанные с их проектированием в современных условиях. Содержание книги соответствует следующим основным направлениям исследования и проектирования вантовых покрытий.

1. Выбор конструктивной схемы вантового покрытия и ее анализ. Вопросы этого направления в основном освещены в гл. I, На основе предлагаемой классификации рассматриваются возможные конструктивные схемы покрытий, их свойства и особенности. Приводятся общие принципы проектирования и обеспечения предварительного напряжения вант. На примерах принципиально новых схем характеризуется общая тенденция развития вантовых покрытий.

Рациональному выбору конструктивной схемы во многом помогает опыт проектирования и строительства вантовых покрытий. Некоторые примеры их помещены в гл. VIII и отражают главным образом опыт СССР. С другими примерами читатель может ознакомиться в работах и др.

2. Исследование напряженно-деформированного состояния вантовых систем. Основное свойство вантовых систем, помимо нелинейной зависимости деформаций от напряжений, заключается в том, что они принимают очертание (равновесную конфигурацию) в зависимости от геометрических и статических условий. В связи с этим в гл. II рассматриваются мгновенно-жесткие системы различных рангов изменяемости. Кинематический анализ позволяет более осмысленно подойти к выводу уравнений напряженно-деформированного состояния систем в декартовых и криволинейных координатах. Расчетные схемы рассматриваются в основном в виде пологих и непологих шарнирно-стержневых систем.

3. Методы решения уравнений. Это направление примыкает к предыдущему и связано с решением нелинейных уравнений напряженно-деформированного состояния вантовых систем. Хотя методы решения основываются на общематематических предпосылках, прямое применение последних не всегда возможно. Поэтому применяют различные модификации методов, основанные на использовании особых свойств вантовых систем. Освещенные в гл. III численные и аналитические методы доведены до численных приложений. В целях облегчения понимания сути примеры рассматриваются в упрощенной постановке и носят иллюстративный характер. Учитывая, что в практике проектирования расчет вантовых систем производится на ЭВМ, в гл. VI помещены блок-схемы алгоритмов, описание программ для ЭВМ и рекомендации по их применению. Здесь же кратко освещены вопросы использования ЭВМ не только для выполнения расчетов, но и для проектирования в более широком смысле.

4. Оптимальное проектирование вантовых покрытий. На наш взгляд, это наиболее интересное направление, ибо оно объединяет почти все вопросы расчета и конструирования, решаемые современными математическими методами. В гл. IV отражены общие положения оптимального проектирования и ряд частных задач.

5. Динамика вантовых систем. Необходимость учета динамических характеристик для вантовых покрытий очевидна, однако практическое решение задач этого направления затрудняется в связи с нелинейными свойствами их. Предлагаемые методы динамического расчета (гл. V) даны в нелинейной постановке и основываются на теоремах аналитической механики. Применяются асимптотические методы и методы, связанные с преобразованием функций Лагранжа к специальному виду.

6. Конструирование вантовых покрытий. Конструктивные решения узлов и отдельных элементов в полной мере должны обеспечивать условия работы, предопределенные статической схемой покрытия. Здесь пока не существует однозначных правил и все рекомендации сводятся к разработке набора приемов конструирования, иллюстрированных принципиальными решениями. В таком духе и освещается материал гл. VII. Приведенный анализ конструкций узлов и элементов позволит обоснованно выбрать материал, тип анкеров и т. п. Многие из решений применяются в реальных объектах.