Analiza ram stalowo-cięgnowych w przekryciach dużych rozpiętości

Przedmiotem niniejszej pracy magisterskiej jest wielokryterialna analiza statyczno-wytrzymałościowa oraz optymalizacja numeryczna stalowo-cięgnowego zadaszenia halowego o dużej rozpiętości.

rama stalowo-cięgnowa

W części studialnej zaproponowano autorską klasyfikację i kategoryzację analizowanych ustrojów. Pozwoliło to na usystematyzowanie wiedzy i precyzyjne przeniesienie punktu ciężkości z klasycznych układów typu Beam String Structure (BSS) na specyficzne, zaawansowane systemy CAS (Cable Arch Structure), które stały się głównym obiektem dalszych analiz. Jako bezpośredni punkt odniesienia oraz architektoniczno-konstrukcyjną inspirację przyjęto strukturę zadaszenia peronów dworca Lehrter Bahnhof w Berlinie.

W części projektowej, przy użyciu środowiska projektowania parametrycznego (Rhino/Grasshopper), zaimplementowano algorytm poszukiwania kształtu (Form-Finding), bazujący na metodzie relaksacji dynamicznej. Pozwoliło to na optymalne ukształtowanie wstępnej geometrii łukowej rygla dachowego w ścisłej korelacji z przebiegiem linii ciśnień od obciążeń stałych, co zminimalizowało w nim momenty gnące i sprowadziło dominujący stan naprężeń do czystego ściskania.

Zasadniczą analizę strukturalną układu CAS zrealizowano w środowisku oprogramowania Dlubal RFEM 6. Ze względu na obecność wiotkich elementów rozciąganych, obliczenia statyczne ramy głównej przeprowadzono na drodze analizy geometrycznie nieliniowej III rzędu (teoria dużych przemieszczeń). W celu oceny zachowania ustroju, klasyczną weryfikację stateczności dźwigara rozszerzono o Liniową Analizę Wyboczeniową (LBA) oraz zaawansowaną analizę deplanacji przekroju (7. stopień swobody). Pozwoliło to na precyzyjne odtworzenie rzeczywistej, przestrzennej pracy skrętno-giętnej analizowanego łuku.
Uzyskane wyniki posłużyły do przeprowadzenia wstępnego wymiarowania elementów konstrukcyjnych, które traktowane jest jako faza przedwstępna i podbudowa pod właściwą, pełną procedurę projektową. Wyizolowane wykresy interakcji sił wewnętrznych oraz analiza sił w cięgnie głównym pozwoliły na ocenę rezerw przekroju i wskazanie obszarów do dalszych analiz. Sformułowane wnioski końcowe stanowią krytyczne podsumowanie tego wstępnego etapu wymiarowania i definiują wytyczne dla docelowych metod wymiarowania systemów CAS. Praca dowodzi, że integracja parametrycznego Form-Finding z nieliniowymi procedurami MES stanowi wysoce efektywne narzędzie we wstępnej fazie koncepcyjno-projektowej nowoczesnych konstrukcji wielkoprzestrzennych.