Feszített kötél- és ponyvaszerkezetek optimalizálása
Angol cím
Optimization of prestressed cable-net and membrane structures
magyar kulcsszavak
kötélháló, ponyvaszerkezet, csigasor
angol kulcsszavak
cable-net, membrane, block and tackle
megadott besorolás
Műszaki Mechanika (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)
100 %
Ortelius tudományág: Építőmérnöki tudomány
zsűri
Gépész-, Építő-, Építész- és Közlekedésmérnöki
Kutatóhely
Tartószerkezetek Mechanikája Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem)
projekt kezdete
2008-10-01
projekt vége
2012-09-30
aktuális összeg (MFt)
4.008
FTE (kutatóév egyenérték)
2.40
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
Egyre nagyobb az igény nagy alapterületű létesítmények lefedésére. Gyakran alkalmaznak ívekre feszített membrán- és kötélszerkezeteket, azonban hagyományos felfüggesztésű (közvetlenül az ívhez rögzített függőtető) szerkezetek esetén a fesztáv nem növelhető egy bizonyos határon túl, mert az ívekben működő hajlítónyomaték exponenciálisan nő a fesztávval. Egy új, Magyarországon bejelentett világszabadalom az ívekben működő hajlítónyomaték minimalizálásával foglalkozik. A szabadalom lényege az, hogy a függőtető egy speciális csigasoros függesztéssel kapcsolódik az ívekhez. A csigasoros függesztés a függőtető jellemzően mértékadó aszimmetrikus terheit egyenletes teherként adja át az ívekre. A csigasoros függesztés alkalmazásának célja a szerkezet súlyának csökkentése, illetve a lehetséges fesztáv növelése. A tervezett kutatás első lépése a csigasoros függesztésű membrán- és kötélszerkezetek numerikus analízisére alkalmas eljárások kidolgozása. A kidolgozott eljárások segítségével, a kutatás második fázisában lehetővé válik a csigasoros és a hagyományos függesztésű szerkezetek elemeinek topológiai és szerkezeti optimalizálása, a különböző függesztőrendszerek összehasonlítása. A kutatás várható eredményei felhasználhatók lesznek a jövőben épülő függőtetők tervezése és statikai analízise során.
angol összefoglaló
There is a growing need for enclosures with large clear span. Arch-supported tensile structures are often used, however, the span of a conventional arch can not be increased without limits, because of its exponentially increasing bending stresses. There is a new invention to minimize the bending moment of the supporting arches. The invention uses a special block and tackle suspension system that converts the random atmospheric loads of the separate cable net or membrane roof, into uniform arch loads. The aim of using block and tackle suspension system is to decrease the weight of the arches and to increase the possible clear span of the structure. The first part of the research is to develop procedures for the numerical analysis of arch-supported cable net structures with block and tackle suspension system. The second part of the research is the topology and structural optimization of tensile structures with conventional and block and tackle suspension systems. The expected results of the research can be used during the design and structural analysis of future tensile structures.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
Az ívtartókra feszített kötél- és ponyvaszerkezetek gazdaságos megoldást kínálnak nagy területű létesítmények belső alátámasztás nélküli lefedésére. Egy szabadalom, a csigasoros függesztőrendszer ezeket a szerkezeteket még hatékonyabbá teszi és megnöveli a statikailag lehetséges fesztávot az ívtartókban fellépő hajlítónyomaték minimalizálásával.
A kutatás során ki kellett dolgozni egy numerikust eljárást a csigasorok számítására és az új csigasor elemet be kellett illeszteni a teljes szerkezet számítását végző, dinamikus ellazításon alapuló nemlineáris eljárásba.
A kidolgozott program segítségével különböző ívtartókra feszített függőtetőket vizsgáltunk. A csigáknál fellépő súrlódás, az ívtartók számának, fesztávjának, görbületének hatását elemeztük a szerkezetek statikai viselkedésére. Az ívtartókban fellépő igénybevételek, a függőtetőben fellépő erők és a függőtető elmozdulásai kerültek összehasonlításra a különböző geometriájú és topológiájú szerkezetek esetén. A legfontosabb eredmény az, hogy a numerikus vizsgálatok igazolták, hogy csigasoros függesztés segítségével jelentősen csökkenthető az ívtartókban fellépő nyomaték.
kutatási eredmények (angolul)
Arch-supported tensile structures provide a very efficient way to cover large areas without inner support. An invention, the block and tackle suspension system can make this type of structures even more efficient and increase the possible span of the supporting arches as well by minimizing the bending moment of the supporting arches.
A numerical procedure has been developed for the numerical analysis of the block and tackle and it has been integrated into the large displacement analysis of the whole tensile structure. The procedure is based on the dynamic relaxation method.
By the help of the developed numerical procedure arch supported tensile roofs have been analysed. The effect of the coefficient of friction between the pulley and its shaft, the number, the free span and the curvature of the supporting arches on the static behaviour of the structure have been analysed. The internal forces of the supporting arches, the forces in the tensile roof and the displacements of the roof have been compared in the case of structures with different geometry and different topology. The results show that the block and tackle suspension system can reduce the bending moments in the supporting arches significantly.
Hincz K: Nonlinear Analysis of Cable Net Structures Suspended From Arches with Block and Tackle Suspension System, Taking into Account the Friction of the Pulleys, INTERNATIONAL JOURNAL OF SPACE STRUCTURES, Volume 24, Number 3, 143-152, 2009
Hincz K: Optimization of Arch Supported Tensile Roofs, Proceedings of the Eleventh International Conference on Computational Structures Technology, Dubrovnik, 241, 14 oldal, 2012
Hincz K: Numerical Analysis of Structures with Block and Tackle Suspension, Proceedings of the IASS-APCS Symposium: From Spatial Structures to Space Structures, Seoul, 2012
Hincz K, Gamboa-Marrufo M: Wind analysis of an arch supported tensile roof, p. 13, Proceedings (CD) of the International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) Symposium, Spatial Structures- Permanent and Temporary, Shanghai, 2010
Gamboa-Marrufo M, Hincz K, Tun Cruz V,: Medición de presiones aerodinámicas en una estructura de membrana, Ingenieria-Revista Academica de la Facultad de Ingenieria 15:(3), 167-175, 2011
Hincz K: Geometry and stiffness in the case of arch supported tensile roofs with block and tackle suspension system, International Conference on Textile Composites and Inflatable Structures, Barcelona, 2011
Hincz K: Parametric analysis of cable net roofs suspended from arches with block and tackle suspension system, p. 11, Proceedings (CD) of the International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) Symposium, Valencia, 28 September – 2 October, 2009
Hincz K, Baverel O: Investigation of an arched footbridge funicular against any loads, IABSE-IASS Symposium, London, 2011
