<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" 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" xml:lang="en"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">donstu</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="en">Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)</journal-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="epub">2687-1653</issn><publisher><publisher-name>Don State Technical University</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.23947/2687-1653-2021-21-2-114-122</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">donstu-1771</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>MECHANICS</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>МЕХАНИКА</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Stability analysis of wooden arches with account for nonlinear creep</article-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Расчет на устойчивость деревянных арок с учетом нелинейной  ползучести</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-7839-7381</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Языев</surname><given-names>C. Б.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Yazyev</surname><given-names>S. В.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Языев Сердар Батырович, доцент кафедры «Техническая механика», кандидат технических наук, доцент</p><p> ScopusID: 57190970024</p><p>344003, РФ, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1</p></bio><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-1057-4329</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Андреев</surname><given-names>В. И.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Andreev</surname><given-names>V. I.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Андреев Владимир Игоревич, заведующий кафедрой «Сопротивление материалов», доктор технических наук, профессор, академик РААСН</p><p>ScopusID: 57198780961</p><p>ResearcherID: T-9006-2017</p><p>129337, РФ, г. Москва, Ярославское ш., 26</p></bio><email xlink:type="simple">asv@mgsu.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-9133-8546</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Чепурненко</surname><given-names>А. С.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Chepurnenko</surname><given-names>А. S.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Чепурненко Антон Сергеевич, доцент кафедры «Сопротивление материалов», кандидат технических наук</p><p>ScopusID: 56056531000</p><p>ResearcherID: E-4692-2017</p><p>344002, РФ, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1</p></bio><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет»</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Don State Technical University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-2"><aff xml:lang="ru"><institution>ФГБОУ ВО «Московский государственный строительный университет»</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Moscow State University of Civil Engineering</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2021</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>08</day><month>07</month><year>2021</year></pub-date><volume>21</volume><issue>2</issue><fpage>114</fpage><lpage>122</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Yazyev S.В., Andreev V.I., Chepurnenko А.S., 2021</copyright-statement><copyright-year>2021</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Языев C.Б., Андреев В.И., Чепурненко А.С.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Yazyev S.В., Andreev V.I., Chepurnenko А.S.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.vestnik-donstu.ru/jour/article/view/1771">https://www.vestnik-donstu.ru/jour/article/view/1771</self-uri><abstract><sec><title>Introduction</title><p>Introduction. The paper deals with the calculation of wooden arches taking into account the nonlinear relationship between stresses and instantaneous deformations, as well as creep and geometric nonlinearity, are considered. The analysis is based on the integral equation of the viscoelastoplastic hereditary aging model, originally proposed by A.G. Tamrazyan [<xref ref-type="bibr" rid="cit1">1</xref>] to describe the nonlinear creep of concrete.</p></sec><sec><title>Materials and Methods</title><p>Materials and Methods. The creep measure is taken in accordance with the work of I.E. Prokopovich and V.A. Zedgenidze [<xref ref-type="bibr" rid="cit2">2</xref>] as a sum of exponential functions. The transition from the integral form of the creep law to the differential form is shown. The relationship between stresses and instantaneous deformations for wood under compression is determined from the Gerstner formula, and elastic work is assumed under tension. The solution is carried out using the finite element method in combination with the Newton-Raphson method and the Euler method according to the scheme that involves a stepwise increase in the load with correction of the stiffness matrix taking into account the change in the coordinates of the nodes with the sequential calculation of additional displacements of the nodes, which are due to the residual forces. The proposed approach for increasing the accuracy of determination of creep deformations at each step provides using the fourth-order Runge-Kutta method instead of the Euler method.</p></sec><sec><title>Results</title><p>Results. Based on the Lagrange variational principle, expressions are obtained for the stiffness matrix and the vector of additional dummy loads due to creep. The method developed by the authors is implemented in the form of a program in the MATLAB environment. Calculation examples are given for parabolic arches simply supported at the ends without an intermediate hinge and with an intermediate hinge in the middle of the span under the action of a uniformly distributed load. The results obtained are compared in the viscoelastic and viscoelastic formulation. The reliability of the results is validated through the calculation in the elastic formulation in the ANSYS software package.</p><p>Discussion and Conclusions. For the arches considered, it is found that even with a load close to the instant critical, the growth of time travel is limited. Thus, the nature of their work under creep conditions differs drastically from the nature of the deformation of compressed rods. </p></sec></abstract><trans-abstract xml:lang="ru"><sec><title>Введение</title><p>Введение. В статье рассматриваются вопросы расчета деревянных арок с учетом нелинейной зависимости между напряжениями и мгновенными деформациями, а также ползучести и геометрической нелинейности. В основу положено интегральное уравнение вязкоупругопластической модели наследственного старения, изначально предложенное А. Г. Тамразяном [<xref ref-type="bibr" rid="cit1">1</xref>] для описания нелинейной ползучести бетона.</p></sec><sec><title>Материалы и методы</title><p>Материалы и методы. Мера ползучести принимается в соответствии с работой И. Е. Прокоповича и В. А. Зедгенидзе [<xref ref-type="bibr" rid="cit2">2</xref>] в виде суммы экспоненциальных функций. Показан переход от интегральной формы закона ползучести к дифференциальной. Связь между напряжениями и мгновенными деформациями для древесины при сжатии определяется формулой Герстнера, при растяжении принимается упругая работа. Решение выполняется при помощи метода конечных элементов в сочетании с методом Ньютона-Рафсона и методом Эйлера по схеме ступенчатого увеличения нагрузки с корректировкой матрицы жесткости с учетом изменения координат узлов с последовательным вычислением дополнительных перемещений узлов, которые обусловлены невязкой сил. Предложенный подход для повышения точности определения деформаций ползучести на каждом шаге допускает вместо метода Эйлера использовать метод Рунге-Кутты четвертого порядка.</p></sec><sec><title> Результаты исследования</title><p> Результаты исследования. На основе вариационного принципа Лагранжа получены выражения для матрицы жесткости и вектора дополнительных фиктивных нагрузок, обусловленных ползучестью. Разработанная авторами методика реализована в виде программы в среде MATLAB. Приведены примеры расчета для шарнирно опертых по концам параболических арок без промежуточного шарнира и с промежуточным шарниром в середине пролета под действием равномерно распределенной нагрузки. Выполнено сравнение результатов, получаемых в вязкоупругопластической и вязкоупругой постановке. Достоверность результатов подтверждена расчетом в упругой постановке в программном комплексе ANSYS.</p></sec><sec><title>Обсуждение и заключения</title><p>Обсуждение и заключения. Для рассмотренных арок установлено, что даже при нагрузке, близкой к мгновенной критической, рост перемещений во времени носит ограниченный характер. Таким образом, характер их работы в условиях ползучести сильно отличается от характера деформирования сжатых стержней. </p></sec></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>ползучесть</kwd><kwd>деревянная арка</kwd><kwd>геометрическая нелинейность</kwd><kwd>вязкоупругопластичность</kwd><kwd>метод конечных элементов</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>creep</kwd><kwd>wooden arch</kwd><kwd>geometric nonlinearity</kwd><kwd>viscoelastic plasticity</kwd><kwd>finite element method</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Тамразян, А. Г. Механика ползучести бетона / А. Г. Тамразян, С. Г. Есаян. — Москва : МГСУ, 2011. — 320 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Тамразян, А. Г. Механика ползучести бетона / А. Г. Тамразян, С. Г. Есаян. — Москва : МГСУ, 2011. — 320 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Прокопович, И. Е. Прикладная теория ползучести / И. Е. Прокопович, В. А. Зедгенидзе. — Москва : Стройиздат, 1980. — 239 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Прокопович, И. Е. Прикладная теория ползучести / И. Е. Прокопович, В. А. Зедгенидзе. — Москва : Стройиздат, 1980. — 239 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Вареник, А. С. О ползучести древесины / А. С. Вареник, К. А. Вареник // Современные проблемы науки и образования. — 2014. — № 2. — С. 88. — URL: http://www.science-education.ru/pdf/2014/2/429.pdf. (дата обращения: 19.03.2021).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Вареник, А. С. О ползучести древесины / А. С. Вареник, К. А. Вареник // Современные проблемы науки и образования. — 2014. — № 2. — С. 88. — URL: http://www.science-education.ru/pdf/2014/2/429.pdf. (дата обращения: 19.03.2021).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пятикрестовский, К. П. О программировании нелинейного метода расчета деревянных конструкций / К. П. Пятикрестовский, В. И. Травуш // Academia. Архитектура и строительство. — 2015. — №. 2. — С. 115– 119.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Пятикрестовский, К. П. О программировании нелинейного метода расчета деревянных конструкций / К. П. Пятикрестовский, В. И. Травуш // Academia. Архитектура и строительство. — 2015. — №. 2. — С. 115– 119.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Pyatikrestovsky, K. P. Nonlinear analysis of statically indeterminate wooden structures and optimization of cross section dimensions of dome ribs / K. P. Pyatikrestovsky, B. S. Sokolov // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. — 2018. — Vol. 14 (4). — P. 130−139</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Pyatikrestovsky, K. P. Nonlinear analysis of statically indeterminate wooden structures and optimization of cross section dimensions of dome ribs / K. P. Pyatikrestovsky, B. S. Sokolov // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. — 2018. — Vol. 14 (4). — P. 130−139</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Development of structures from solid wood for objects of infrastructure / K. P. Pyatikrestovsky, V. I. Travush, A. A. Pogoreltsev, A. A. Klyukin // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. — 2018. — Vol. 14 (1). — P. 145–154. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2018-14-1-145-154</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Development of structures from solid wood for objects of infrastructure / K. P. Pyatikrestovsky, V. I. Travush, A. A. Pogoreltsev, A. A. Klyukin // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. — 2018. — Vol. 14 (1). — P. 145–154. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2018-14-1-145-154</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Pyatikrestovsky, K. P. The Study of Complex Stress States of Elements Filling the Cells Between the Ribs of Wooden Large-Span Domes / K. P. Pyatikrestovsky, B. S. Sokolov // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. — 2019. — Vol. 15 (1). — P. 140−152.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Pyatikrestovsky, K. P. The Study of Complex Stress States of Elements Filling the Cells Between the Ribs of Wooden Large-Span Domes / K. P. Pyatikrestovsky, B. S. Sokolov // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. — 2019. — Vol. 15 (1). — P. 140−152.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Varenik, K. A. Boltzmann principle of superposition in the theory of wood creep for deformations in time / K. A. Varenik, A. S. Varenik, R. S. Sanzharovskij // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2018. — Vol. 441 (1). — 012057. — URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/441/1/012057/meta (accessed: 11.04.2021).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Varenik, K. A. Boltzmann principle of superposition in the theory of wood creep for deformations in time / K. A. Varenik, A. S. Varenik, R. S. Sanzharovskij // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. —  2018. — Vol. 441 (1). — 012057. — URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/441/1/012057/meta (accessed: 11.04.2021).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Short-term and long-term longitudinal load tests of wooden rods / K. A. Varenik, A. S. Varenik, A. V. Kirillov, M. V. Shuvalov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2020. — Vol. 939 (1). — 012080. — URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/939/1/012080/meta</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Short-term and long-term longitudinal load tests of wooden rods / K. A. Varenik, A. S. Varenik, A. V. Kirillov, M. V. Shuvalov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2020. — Vol. 939 (1). — 012080. — URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/939/1/012080/meta</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Varenik, A. S. Model of stress-strain state of wooden rod under eccentric compression and transverse load / A. S. Varenik, K. A. Varenik // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2019. — Vol. 656 (1). — 012052. — URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/656/1/012052/pdf</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Varenik, A. S. Model of stress-strain state of wooden rod under eccentric compression and transverse load / A. S. Varenik, K. A. Varenik // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2019. — Vol. 656 (1). — 012052. — URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/656/1/012052/pdf</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">The buckling of the physically nonlinear frame-rod structural systems / K. O. Dubrakova, S. V. Dubrakov, F. V. Altuhov, D. H. Galaeva // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2019. — Vol. 698 (2). — 022007. — http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/698/2/022007</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">The buckling of the physically nonlinear frame-rod structural systems / K. O. Dubrakova, S. V. Dubrakov, F. V. Altuhov, D. H. Galaeva // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2019. — Vol. 698 (2). — 022007. —  http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/698/2/022007</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Дмитриева, К. О. Вопросы устойчивости стержневых элементов конструктивных систем из древесины при силовом и средовом нагружении / К. О. Дмитриева // Строительство и реконструкция. — 2016. — № 4. — С. 14–18.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Дмитриева, К. О. Вопросы устойчивости стержневых элементов конструктивных систем из древесины при силовом и средовом нагружении / К. О. Дмитриева // Строительство и реконструкция. — 2016. — № 4. — С. 14–18.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Клюева, Н. В. Вопросы устойчивости стержневых элементов конструктивных систем из древесины различных пород при силовом и средовом нагружении в условиях повышенной влажности / Н. В. Клюева, К. О. Дмитриева // Строительство и реконструкция. — 2016. — № 5. — С. 60–68.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Клюева, Н. В. Вопросы устойчивости стержневых элементов конструктивных систем из древесины различных пород при силовом и средовом нагружении в условиях повышенной влажности / Н. В. Клюева, К. О. Дмитриева // Строительство и реконструкция. — 2016. — № 5. — С. 60–68.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Вареник, А. С. Длительная несущая способность деревянных конструкций / А. С. Вареник, К. А. Вареник // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. — 2014. — № 2. — С. 23–30.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Вареник, А. С. Длительная несущая способность деревянных конструкций / А. С. Вареник, К. А. Вареник // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. — 2014. — № 2. — С. 23–30.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пятикрестовский, К. П. К вопросу о выборе модулей упругости при расчете деревянных конструкций на прочность, устойчивость и по деформациям / К. П. Пятикрестовский // Строительная механика и расчет сооружений. — 2012. — № 6. — С. 73–79.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Пятикрестовский, К. П. К вопросу о выборе модулей упругости при расчете деревянных конструкций на прочность, устойчивость и по деформациям / К. П. Пятикрестовский // Строительная механика и расчет сооружений. — 2012. — № 6. — С. 73–79.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
