Extended Force Density Method for cable nets under self-weight. Part II - Examples of application

• Autorzy: Wójcik-Grząba Izabela

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2022.140155

Warianty tytułu

PL

Rozszerzona Metoda Gęstości Sił do analizy siatek cięgnowych pod ciężarem własnym. Część II - przykłady zastosowania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper is a continuation of part I - Theory and verification and presents some examples of application of the Extended Force Density Method. This method allows for form-finding of cable nets under self-weight and is based on the catenary cable element which assures high accuracy of the results and enables solving wide range of problems. Some essentials of the method are highlighted in this article. A computer program UC-Form was developed in order to perform the calculations and graphically present the results. Main advantages and features of the program are presented in this paper. Subsequently the program is used to perform calculations for a few practical examples with taut and slack cables. Input data is provided in order to enable reproducing calculations by other researchers. The outcomes are shown in the paper and prove that EFDM is an efficient tool for analysis of behaviour of cable nets under self-weight in different configurations.

PL

Druga część artykułu dotyczącego Rozszerzonej Metody Gęstości Sił (RMGS) zawiera opisy praktycznych przykładów jej zastosowania oraz wnioski z nich wynikające. W artykule skrótowo przypomniano założenia i zasady stworzonej do analizy siatek cięgnowych pod ciężarem własnym Rozszerzonej Metody Gęstości Sił. Jest to metoda oparta na iteracyjnej procedurze, w której naprzemiennie rozwiązywany jest układ równań równowagi wezłów siatki ciegnowej oraz układ równań opisujących zachowanie cięgna pod ciężarem własnym. Z drugiego układu równań otrzymuje się aktualne wartości gęstości sił, dzięki którym przy użyciu pierwszego układu równań oblicza się współrzędne węzłów wolnych siatki. Zaprezentowana metoda opiera się na dokładnym opisie kształtu cięgna pod ciężarem własnym, czyli na linii łańcuchowej. Do obliczeń RMGS stworzono autorski program UC-Form przy użyciu pakietu obliczeń matematycznych Scilab. W artykule przedstawiono możliwości programu i skrócony algorytm działania uwzględniający kilka możliwych ścieżek wprowadzania danych i wykonywania obliczeń. W następnej części artykułu zaprezentowano wraz z danymi wejściowymi trzy przykłady wykorzystania RMGS i programu UC-Form do rozwiązania praktycznych problemów specyficznych dla konstrukcji cięgnowych. Pierwszym z nich jest wstępne kształtowanie siatki cięgnowej, które jest początkowym etapem obliczeń poprzedzającym wykonanie tradycyjnych analiz statycznych i dynamicznych oraz wymiarowania konstrukcji. W przykładzie pokazano, w jaki sposób można wykorzystać analizę bez ciężaru własnego do prawidłowego kształtowania siatki z uwzględnieniem ciężaru własnego. Pokazano również wpływ ciężaru własnego na geometrię i siły w siatce.

Słowa kluczowe

EN

cable net; form finding; force density method; extended method; self-weight

PL

siatka cięgnowa; kształtowanie; metoda gęstości sił; metoda rozszerzona; ciężar własny

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 68, nr 1
• Strony: 45--61
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Wójcik-Grząba Izabela

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3769-8441

Bibliografia

• [1] M. Cuomo, L. Greco, “On the force density method for slack cable nets”, International Journal of Solids and Structures, 2012, vol. 49, pp. 1526-1540, DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2012.02.031.
• [2] H. Deng, Q.F. Jiang, A.S.K. Kwan, “Shape finding of incomplete cable-strut assemblies containing slack and prestressed elements”, Computers and structures, 2005, vol. 83, pp. 1767-1779, DOI: 10.1016/j.compstruc.2005.02.022.
• [3] Eurocode 3 - Design of steel structures - Part 1-11: Design of structures with tension components EN 1993-1-1:2006.
• [4] W.J. Lewis, Tension Structures. Form and Behaviour. London: Thomas Telford, 2003.
• [5] F. Otto, Tensile structures. Cambridge: MIT Press, 1973.
• [6] H.-J. Schek, “The Force Density Method for Form Finding and Computation of General Networks”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 1974, vol. 3, pp. 115-134, DOI: 10.1016/0045-7825(74)90045-0.
• [7] I. Wójcik-Grząba, “Extended Force Density Method for cable nets under self-weight. Part I - Theory and verification”, Archives of Civil Engineering, 2021, vol. 67, no. 4, pp. 139-157, DOI: 10.24425/ace.2021.138491.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).