<!DOCTYPE article
PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20190208//EN"
       "JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
 <front>
  <journal-meta>
   <journal-id journal-id-type="publisher-id">Construction and Architecture</journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title xml:lang="en">Construction and Architecture</journal-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>Строительство и архитектура</trans-title>
    </trans-title-group>
   </journal-title-group>
   <issn publication-format="print">2308-0191</issn>
   <issn publication-format="online">2500-1477</issn>
  </journal-meta>
  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">17233</article-id>
   <article-id pub-id-type="doi">10.12737/article_5950d18d7f87c3.79517673</article-id>
   <article-categories>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru">
     <subject>05.23.01 Строительные конструкции, здания и сооружения</subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en">
     <subject>05.23.01 CONSTRUCTION DESIGNS, BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS</subject>
    </subj-group>
    <subj-group>
     <subject>05.23.01 Строительные конструкции, здания и сооружения</subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    <article-title xml:lang="en">THE INDUCTIVE METHOD OF DERIVING THE FORMULAS FOR THE DEFLECTION OF THE TRUSSES, HAVING A KINEMATIC CASES OF DEGENERATION</article-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>Индуктивный метод вывода формулы для прогиба решетчатой фермы, имеющей случаи кинематического вырождения</trans-title>
    </trans-title-group>
   </title-group>
   <contrib-group content-type="authors">
    <contrib contrib-type="author">
     <contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-8588-3871</contrib-id>
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Кирсанов</surname>
       <given-names>Михаил Николаевич</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Kirsanov</surname>
       <given-names>Mikhail Nikolaevich</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>C216@ya.ru</email>
     <bio xml:lang="ru">
      <p>доктор физико-математических наук;</p>
     </bio>
     <bio xml:lang="en">
      <p>doctor of physical and mathematical sciences;</p>
     </bio>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-1"/>
    </contrib>
   </contrib-group>
   <aff-alternatives id="aff-1">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">НИУ &quot;МЭИ&quot;</institution>
     <city>Москва</city>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">НИУ &quot;МЭИ&quot;</institution>
     <city>Москва</city>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <volume>5</volume>
   <issue>2</issue>
   <fpage>125</fpage>
   <lpage>129</lpage>
   <self-uri xlink:href="https://zh-szf.ru/en/nauka/article/17233/view">https://zh-szf.ru/en/nauka/article/17233/view</self-uri>
   <abstract xml:lang="ru">
    <p>Приведен вывод формулы для прогиба статически определимой плоской фермы под действием нагрузки, равномерно распределенной по нижнему поясу. Усилия в стержнях находятся в аналитической форме в системе компьютерной математики Maple. Используется формула Максвелла – Мора и метод индукции. Обнаружено, что для чисел панелей кратных семи определитель системы уравнений равновесия обращается в ноль.</p>
   </abstract>
   <trans-abstract xml:lang="en">
    <p>Приведен вывод формулы для прогиба статически определимой плоской фермы под действием нагрузки, равномерно распределенной по нижнему поясу. Усилия в стержнях находятся в аналитической форме в системе компьютерной математики Maple. Используется формула Максвелла – Мора и метод индукции. Обнаружено, что для чисел панелей кратных семи определитель системы уравнений равновесия обращается в ноль.</p>
   </trans-abstract>
   <kwd-group xml:lang="ru">
    <kwd>Ферма</kwd>
    <kwd>прогиб</kwd>
    <kwd>кинематическое вырождение</kwd>
    <kwd>формула Максвелла- Мора</kwd>
    <kwd>Maple</kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
 </front>
 <body>
  <p>На рис. 1 и 2 приведены два варианта одной и той же схемы решетчатой симметричной фермы при разных числах панелей n = 2k. Схемы почти неотличимы, однако в первом случае это статически определимая неизменяемая ферма, во втором — мгновенно изменяемая конструкция. Выяснить это в общем случае коварное свойство конструкции удалось при выводе формулы прогиба фермы методом индукции [6]. Оказалось, что если число панелей k в половине пролета кратно 7, то определитель матрицы уравнений равновесия узлов обращается в ноль. Аналогичный эффект был обнаружен в плоских фермах [2; 3]  и в пространственной  ферме [5].Рис. 1. Ферма при  n = 12Рис. 2. Ферма при  n = 14Приведем весь алгоритм вывода прогиба фермы. За прогиб примем вертикальное смещение среднего узла нижнего пояса. Рассмотрим случай действия равномерной по нижнему поясу нагрузки. Ферма содержит 2n + 7  узлов, m = 4n + 14 стержней. В это число входят n стержней нижнего пояса, 6 боковых стоек, n + 1 стержней верхнего пояса, 2n + 4 раскосов и 3 опорных стержня. Усилия в стержнях рассчитываются методом вырезания узлов по программе [4]. Для ввода данных фермы в программу необходимо ввести координаты узлов. Начало координат расположено в левой подвижной опоре. В системе Maple ввод выглядит следующим образом:Структура решетки задана по аналогии с заданием плоского графа. В специальных векторах, соответствующих стержням, содержатся номера концов стержней. Пояса фермы, например, заданы следующим образом:где обозначено j = pj/3, j = 1, 2, .... . Таким образом, меняя j, в программу вводится последовательность панелей, исключая числа, кратные 7. Расчет показал, что  выражение для прогиба имеет один и тот же вид для любого j:                      EFD = P(Aja3 + Cjc3 + Hjh3) / (8h2),                                         (1)где  — длины раскосов. Расчет 25 ферм дает следующую последовательность коэффициентов  при a3: 3, 52, 11, 16, –37, 52, 288, 595, 660, 955, 1168, 1835, 3427, 4672, 5603, 7028, 8427, 10 672, 15 860, 19 283, 22 400, 26 355, 30 420, 35 803, 47 947, 55 348, 62 531, 70 976, 79 747, 90 388, 113 968, 127 707, 141 396, 156 851, 172 928, 191 507, 232 123, 255 120, 278 315, 303860, 330 403, 360 160, 424 532, 460 267, 496 528, 535 803, 576 532, 621 267, 717 235, 769 748. Коэффициенты из решения del выделяются автоматически в цикле по числу панелей (верхняя граница была выбрана равной 58) оператором coeff(del,a^3). В системе Maple    есть оператор rgf_findrecur (пакет  genfunc), который  по этим данным дает рекуррентное уравнение, которому удовлетворяют члены последовательности.Aj = Aj–1 + 4Aj–6 – 4Aj–7 – 6Aj–12 + 6Aj–13 + 4Aj–18 – 4Aj–19 – Aj–24 + Aj–25.Уравнение оказалось 25-го порядка, что значительно больше аналогичных решений для плоских ферм [8–14].  Оператор rsolve системы Maple  дает искомое выражение для общего члена последовательности: Аналогично для коэффициента при c3 имеем последовательность 7, 28, 7, 0, –49, –28, 56, 119, 28, 7, –112, –49, 119, 224, 63, 28, –161, –56, 196, 343, 112, 63, –196, –49, 287, 476, 175, 112 и рекуррентное уравнение 13-го порядка:Cj = Cj–1 + 2Cj–6 – 2Cj–7 – Cj–12 + Cj+13.Имеем решение:Для коэффициента при h3 получаем числа: 64, 448, 128, 128, 64, 64, 192, 960, 384, 384, 576, 192, 320, 1472, 640, 640, 1088, 320, 448, 1984, 896, 896, 1600, 448. Соответствующее уравнение имеет вид:Hj = Hj–1 – Hj–2 + Hj–3 – Hj–4 + Hj–5 + Hj–6 – Hj–7 + Hj–8 – Hj–9 + Hj–10 – Hj–11.Находим решение:На рис. 3 приведены результаты расчета по формуле (1). Кривые полученной зависимости построены при фиксированной длине пролета L = an = 50 м  и заданной общей нагрузке P0 = P(n – 1). Введено обозначение для безразмерного прогиба .Рис. 3. Зависимость прогиба от числа панелей, L = 50 м Кривые имеют резкие скачки и локальные минимумы. Отрицательные значения не противоречат физическому смыслу. Как показывает счет, в соседних узлах прогиб положительный.Рис. 4. Зависимость прогиба фермы от высоты, L = 50 м Зависимость прогиба от высоты (рис. 4) показывает наличие явно выраженного минимума. Таким образом, полученное решение позволяет оптимизировать конструкцию. Отметим, что для большей точности качественного вывода требуется не одна контрольная точка для прогиба. Судя по скачкам кривых на рис. 3, прогиб лучше оценивать как среднее значение перемещений в нескольких соседних узлах в середине пролета.  Аналитические обзоры решений для прогиба плоских статически определимых ферм методом индукции по программе [4] приведены в  [1; 7]. </p>
 </body>
 <back>
  <ref-list>
   <ref id="B1">
    <label>1.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Кирсанов М.Н., Маслов А.Н. Формулы для расчета прогиба балочной многорешетчатой фермы//Строительная механика и расчет сооружений. 2017. 2(271). С. 4-10.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Kirsanov M.N., Maslov A.N. Formuly dlya rascheta progiba balochnoj mnogoreshetchatoj fermy [The formula for  calculation  of  the  deflection  of multiple lattice  beam  truss] Stroitel'naya mekhanika i raschet sooruzhenij. 2017. 2(271). pp. 4-10.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B2">
    <label>2.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Кирсанов М.Н. Аналитический расчет балочной фермы со сложной решеткой// Строительная механика и расчет сооружений. 2015. № 3. С. 7-11.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Kirsanov M.N. Analiticheskij raschet balochnoj fermy so slozhnoj reshetkoj [Analytical calculation of the girder, with a complex lattice] Stroitel'naya mekhanika i raschet sooruzhenij. 2015. № 3. pp. 7-11.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B3">
    <label>3.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Кирсанов М.Н. Анализ прогиба решетчатой балочной фермы распорного типа// Инженерно-строительный журнал. 2015. №5(57). С. 58-65. doi: 10.5862/MCE.57.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Kirsanov M.N. Analiz progiba reshetchatoj balochnoj fermy raspornogo tipa [Analysis of the deflection of the lattice girder, the spacer type] Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal. 2015. №5(57). pp. 58-65. doi: 10.5862/MCE.57.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B4">
    <label>4.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Кирсанов М.Н. Расчет пространственной стержневой системы, допускающей мгновенную изменяемость//Строительная механика и расчет сооружений. 2012. № 3. С. 48-51.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Kirsanov M.N. Raschet prostranstvennoj sterzhnevoj sistemy, dopuskayushchej mgnovennuyu izmenyaemost'[The calculation of the spatial rod systems that allow the instantaneous variability] Stroitel'naya mekhanika i raschet sooruzhenij. 2012. № 3. pp. 48-51.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B5">
    <label>5.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Кирсанов М.Н. Задачи по теоретической механике с решениями в Maple 11 -М.: Физматлит, 2010. -264 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Kirsanov M.N. Zadachi po teoreticheskoj mekhanike s resheniyami v Maple 11 [Tasks in theoretical mechanics with solutions in Maple 11]  Moscow. Fizmatlit, 2010. 264 p.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B6">
    <label>6.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Salimov M. S. The formula for deflection of a composite truss, loaded on the bottom flange//Научн альманах. 2017. N 2-3(28). С. 272-274. DOI: 10.17117/na.2017.02.03.272</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Salimov M. S. The formula for deflection of a composite truss, loaded on the bottom flange. Science Almanac. 2017. N 2-3(28). pp. 272-274. DOI: 10.17117/na.2017.02.03.272</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B7">
    <label>7.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Smirnova A. A., Rakhmatulina A.R. Analytical calculation of the displacement of the truss support//Научн альманах. 2017. N 2-3(28). С. 275-278. DOI: 10.17117/na.2017.02.03.275</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Smirnova A. A., Rakhmatulina A.R. Analytical calculation of the displacement of the truss support. Science Almanac.  2017. N 2-3(28). pp. 275-278. DOI: 10.17117/na.2017.02.03.275</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B8">
    <label>8.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Rakhmatulina A.R., Smirnova A.A. The dependence of the deflection of the arched truss loaded on the upper belt, on the number of panels//Научный альманах. 2017. N 2-3(28). С. 268-271. DOI: 10.17117/na.2017.02.03.268</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Rakhmatulina A.R., Smirnova A.A. The dependence of the deflection of the arched truss loaded on the upper belt, on the number of panels. Science Almanac. 2017. N 2-3(28). pp. 268-271. DOI: 10.17117/na.2017.02.03.268</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B9">
    <label>9.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Voropai R.A., Kazmiruk I.Yu.  Analytical study of the horizontal stiffness of the flat statically determinate arch truss//Вестник научных конференций. 2016. № 2-1(6). Pp. 10-12.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Voropai R.A., Kazmiruk I.Yu.  Analytical study of the horizontal stiffness of the flat statically determinate arch truss. Bulletin of Scientific Conferences. 2016. № 2-1(6). pp. 10-12.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B10">
    <label>10.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Voropai R. A. Analysis of the deflection of the regular truss with cross type lattice. Научный альманах. 2016. N 4-3(18). С.238-240. DOI: 10.17117/na.2016.04.03.238</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Voropai R. A. Analysis of the deflection of the regular truss with cross type lattice. Science Almanac. 2016. N 4-3(18). pp.238-240. DOI: 10.17117/na.2016.04.03.238</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B11">
    <label>11.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Ponamareva M.A. The displacement of the support trusses with parallel belts under uniform load //Научный альманах. 2016. N 4-3(18). С.257-259.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Ponamareva M.A. The displacement of the support trusses with parallel belts under uniform load. Science Almanac. 2016. N 4-3(18). pp.257-259.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B12">
    <label>12.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Bolotina T. D.The deflection of the flat arch truss with a triangular lattice depending on the number of panels//Вестник научных конференций. 2016. № 4-3(8). P.7-8</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Bolotina T. D.The deflection of the flat arch truss with a triangular lattice depending on the number of panels. Bulletin of Scientific Conferences. 2016. № 4-3(8). pp.7-8</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B13">
    <label>13.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Тиньков Д.В. Сравнительный анализ аналитических решений задачи о прогибе ферменных конструкций // Инженерно-строительный журнал. 2015. №5(57). С. 66-73.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Tin'kov D.V. Sravnitel'nyj analiz analiticheskih reshenij zadachi o progibe fermennyh konstrukcij [Comparative analysis of analytical solutions to the problem of deflection of truss structures] Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal. 2015. №5(57). pp. 66-73.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B14">
    <label>14.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Кийко Л.К. Аналитическая оценка прогиба арочной фермы под действием ветровой нагрузки // Научный вестник. 2016. № 1 (7). С. 247-254.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Kijko L.K. Analiticheskaya ocenka progiba arochnoj fermy pod dejstviem vetrovoj nagruzki [Analytical evaluation of deflection of arched trusses under wind load] Nauchnyj vestnik. 2016. № 1 (7). pp. 247-254.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
  </ref-list>
 </back>
</article>
