Engineering Transactions, 10, 2, pp. 309-332, 1962

Aktualny Stan Wiedzy o Kształtowaniu Wytrzymałościowym Konstrukcji

Z. Wasiutyński
Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN
Poland

A. Brandt
Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN
Poland

The paper contains an analysis of various trends in the domain of design of structures, special stress being laid on contemporary works. In the introduction, the authors point out the importance of design problems and the lack of coordination between various scientific centres. The second chapter is devoted to a historical survey. of more important publications since GALILEO's work published in 1638 until the recent times. This survey is supplemented by a desciption of the development of particular historical trends and their features. A list of contemporary scientists working on design problems in Poland and abroad is added. The third chapter is devoted to the minimum weight design. In this field the work is continued by W. Prager and his group. The form of the structure is determined on the basis of the criterion of minimum material volume at the plastic collapse of the structure. It is assumed that the material is homogeneous, clastic and perfectly plastic. These works apply chiefly to metal structures. In the fourth chapter the design of statically indeterminate structures on the basis of uniform strength conditions is described and analysed. This problem is the object of the work of J. M. Rabinowitch and a large group of his co-workers. The uniform strength condition is realized by making the extremum stress in cross-sections equal to the admissible ones. The object of considerations are sets of structures of the same geometric configuration of elements and various support conditions. The design consists in selecting from- a set of structures the one satisfying the condition of minimum material consumption. The fifth chapter concerns the minimum elastic potential design for a constant material volume. This is the object of the work of Z. WASIUTYNSKI and his co-workers. The aim is to determine such a structure that the state of stress or strain is ordered to obey a prescribed law. The design criterion is that of uniform unit potential in the entire structure, which is equivalent to that of minimum of potential of elastic deformation for constant material volume. Assuming of the structure the inverse elastic energy, for the measure of rigidity the critetion thus formulated, is equivalent to that of maximum rigidity design. These considerations do not exceed the elastic range of the material. The results apply chiefly to the civil engineering problems. The sixth chapter is devoted to sone other design methods. The first of them is being developed by S. KAUFMAN and his co-workers and concerns the determination of the form of prestressed. structures, Also B. KOPYCIŃSKI is concerned with the problem of design of prestressed beams. The works of H. H. HILTON contain solutions of design problems from the viewpoint of the theory of probability, the strength properties of the material and the structure and also the load being. treated as quantities obeying statistical laws. The list of publications used for the preparation of this survey of design problems contains 166 items and is given at the end of the paper.
Full Text: PDF
Copyright © Polish Academy of Sciences & Institute of Fundamental Technological Research (IPPT PAN).

References

GALILEO GALILEI, Discorsi e dimonstrazioni matematiche interno a due scienze attenenti alla mecanica et imovimenti locali, 1638.

F. BLONDEL, Epistola ad P. Wurtius in qua famosa Galilei propositio discutitur circa naturam lincae qua trabes secari debeant ut suit aequalis ubique resistentiae et in qua lineam illam non quidem parabolicam ut ipse Galiloeus arbitratus est, sed ellipticam esse demonstratur, Data Parisiis 1661.

A. MARCHETTI, De resistentia solidorum, 1669.

A. PARENT, Des résistances des poutres et des poutres de plus grande résistance, indepen- damment de tout système physique, Mémoires de l'Académie Royale des Sciences, 1708.

A. PARENT, Des points de la rupture des figures. D'en déduire celles qui sont par-tout d'une résistance égale, Mémoires de l'Académie Royale des Sciences, 1710.

A. MARCHETTI, Lettera nella quale si ribattone l'inguiste accuse dati dal P.D.G.G., 1711.

J. L. LAGRANGE, Sur la figure des colonnes, Miscellanea Taurinesia, 1770-1773.

J.L. LAGRANGE, Sur la force des Ressorts pliés, Mémoires de L'Académie de Berlin, 1771.

P.S. GIRARD, Traité analitique de la résistance des solides et des solides d'égale résistance, 1798.

T. YOUNG, Cours of Lectures 0n Natural Philosophy, 1807.

J. T. R. ROBINSON, Mechanical Philosophy, 1822.

J. T.R. ROBINSON, Description of Col. Long's Bridges, together with a series of directions 10. bridge builders, Philadelphia 1841.

J. SÉGUIN, Annales des Ponts et Chaussées, 2 p., 1851, 372,

P. W. SCHWEDLER, Zeitschrift fur Bauwesen 1851-1859, Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenicure, 1859-1880.

A.J. MORIN, Résistance des Matériaux, 1853.

F.A. PAULI, Grosshesseloher Brücke über die Isar, 1853.

A. FINK, Allgemeine Betrachtungen über die Biegungsfestigkeit und Biegungswiderstand zur Erzielung eines einheitlichen Standpunktes für die Beurtheilung verschiedener Brücken-Systeme, Zeitschr. Österr. Ing. Vereins, 1860.

B. de St. VENANT, Notes et appendices, au résumé des leçons sur l'application de la mécanique de Navier, 1864.

K. CULMANN, Die graphische Statik, 1866.

M. LÉVY, La statique graphique et ses applications aux constructions, 1873.

A. G. M. MICHELL, The Limit of Economy of Material in Frame Structures, Phil. Mag. sér. 6, 8 (1904), 589-597.

[in Russian]

S. KAUFMAN, O wykreślonym wyznaczeniu kształtu specjalnych belek kratowych, Rozprawa doktorska, Lwów 1920.

S. MILLER, Sprawozdanie z posiedzeń Kola Inżynierów przy Politechnice Warszawskiej, 1919.

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

K. LUDWIG, Über Träger mit Eigengewicht und gleichem Widerstand gegen Biegung, Zeitschr. Angew. Math. Mech., 1938,

[in Russian]

O. ZANABONI, Atti Academiae dei Lincei, 25, (1937) 117-121, 535-601.

Z. WASIUTYŃSKI, O kształtowaniu wytrzymałościowym, Akademia Nauk Technicznych, Warszawa 1939.

[in Russian]

J. DRYMAEL, The Design of Trusses and Its Influence on Weight and Stiffness, J. Royal Aero. Soc., 46 (1942) 297-308,

H. L. Cox, H. E. SMITH, Structures of Minimum Weight, Aero. Research Com. Reports and Memoranda No 1925, 1943.

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

Z. WASIUTYŃSKI, O przekształcaniu kratownic przez wprowadzenie nowych węzłów, Księga Jubil. dla uczczenia zasług naukowych prof. M. T. Hubera, Gdańsk 1950.

Z. WASIUTYŃSKI, O przekształcaniu kratownic przez wprowadzenie nowych prętów, Inzyn. Budown., 11 1950.

[in Russian]

Z. WASIUTYŃSKI, O kształtowaniu przekrojów slupów, Arch. Mech. Stos., 3-4, 3 (1951).

J. HEYMAN, Plastic Design of Beams and Plane Frames for

Minimum Material Consumption, Quart. Appl. Math., 8 (1951), 373.

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

F. R. SHANLEY, Weight-Strength Analysis of Aircraft Structures, Mc Graw-Hill Book Company Inc., New York 1952.

[in Russian]

J. FOULKES, Minimum Weight Design and the Theory of Plastic Collapse, Quart. Appl. Math, 4, 10 (1953).

J. HEYMAN, Plastic Design of Plane Frames for Minimum Weight, Struct. Engin., 5, 31 (1953).

B. KOPYCIÁSKI, Uksztaltowanie przekroju poprzecznego belki strunobetonowej z ekonomicznego punktu widzenia, Inzyn. Budown., 11 (1953).

J. FOULKES, The Minimum Weight Design of Structural Frames, Proc. Royal Soc. London, ser. A, 223 (1954).

Y. GUYON, Béton précontraint, Eyrolles, Paris 1954.

Z. BRZOSKA, Płyty kołowe o równomiernej wytrzymałości pod obciążeniem osiowo symetrycznym, Arch. Budowy Maszyn, 3, 1954.

R. G. ROBERTSON, Prestressed Concrete Beams: the Economical Shape of Section, Proc. Inst. Civil Engin., cz. III, nr 1, 1954.

S. KAUFMAN, Określenie kształtu sprężonej belki ciągłej o prostoliniowej trasie kabla, Inzyn. Budown., 4, 1954.

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

T. HOR, Wpływ własności geometrycznych i mechanicznych przekroju na ekonomie ustrojów sprężonych, Praca kandydacka, Gliwice, 1955.

J. MAMES, Obliczanie odgięć w belce betonu kablowego, Inzyn. Budown., 5, 1955.

B. T. ONAT, W. PRAGER, Limits of Economy of Material in Shells, Ingen., nr 10, 11-3-1955.

H. G. HOPKINS, W. PRAGER, Limits of Economy of Material in Plates, J. Appl. Mech., nr 55-APM-2.

W. PRAGER, Minimum Weight Design of Plates, Ingen., nr 48, 2-12-1955.

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

Z. WASUTYNSKI, Podstawowe wiadomości o kształtowaniu wytrzymałościowym, Arch. Inzyn.

Ladow. 1, 1956.

Z. WASEUTYNSKI, O drogach i metodach kształtowania wytrzymałościowego, Podstawowe Problemy Techniki Współczesnej, PWN Warszawa 1956.

G. GERARD, Minimum Weight Analysis of Compression Structures, Interscience Publishers, New York 1956.

Z. WASIUTYNSKI, Wyznaczenie właściwego stosunku wzniesienia do rozpiętości luku w złożonych ustrojach lukowych, Inzyn. Budown., 2, 1956.

W. FREIBERGER, B. TEKINALP, Minimum Weight Design of Circular Plates, J. Mech, Phys. Solids, 4, 4 (1956).

W. FREIBERGER, Minimum Weight Design of Cylindrical Shells, J. Appl. Mech., 4, 23 (1956).

D.C. DRUCKER, R. T. SHIELD, Design for Minimum Weight, IX Kongr, Mech. Stos., Bruksela 1956.

S.KAUFMAN, O racjonalnym projektowaniu sprężonych przekrojów zginanych, Inzyn. Budown., 4, 1956.

[in Russian]

[in Russian]

B. KOPYCIŃSKI, Ekonomiczne kształtowanie przekroju belki sprężonej, Zeszyty Naukowe Politechniki Krakowskiej, Budown. Ladowe, 1, 1957.

S. KAUFMAN, Projektowanie sprężonych przekrojów zginanych na zasadzie pełnego wykorzystania mimośrodu, Inzyn. Budown., 2, 1957.

A. BRANDT, Z. WASIUTYÁ SKI, Kształtowanie wytrzymałościowe płyt z betonu sprężonego, Inzyn. Budown., 2, 1957.

A. BRANDT, Z. WASIUTYNSKI, J. KOSMOWSKI, o ksztaltowaniu kratownic na minimum pO- tencjalu przez przesuwanie nicobeiqzonych wezlów lqczqcych trzy prety, Rozpr. Inzyn., 2, 1957.

D. C.. DRUCKER, R. T. SHIELD, Bounds on Minimum Weight Design, Quart. Appl. Math., 3, 15 (1957).

J. MAMES, Sprężona belka ciągła - analiza i projektowanie, Arch. Inzyn. Ladow., 4, 1957.

E. T. ONAT, W. SCHUMANN, R. T. SHIELD, Design of Circular Plates for Minimum Weight, Jour. Appl. Math, Phys., 6, 7 (1957).

W. FREIBERGER, On the Minimum Weight Design Problem for Cylindrical Sandwich Shells,

F. Aero. Sci., 24 (847-848), (1957), 847-848.

[in Russian]

[in Russian]

[in Russian]

Z. WASIUTYÁSKI, O mostach płytowych, Min. Gosp. Kom., 1958 (skrypt).

A. BRANDT, Kształtowanie belek sprężonych, Inzyn. Budown., 1, 1958.

A. BRANDT, J. IGNACZAK, Ksztaltowanie wytrzymalosciowe belki wspornikowej, Rozpr. Inzyn., 1, 6, 1958.

W. STAROSOLSKi, Projektowanie spreionych przekrojów zginanych Z wwzglednieniem wszystkich programowych stanów obciqienia belki, Arch. Inzyn. Ladow., 3, 1958,

Z. ZIELINSKI, Problems Relative to the Design and Use of Economical Prestressed Concrete

Beams, III Congress FIP Ser. III, nr 17, Berlin 1958, 6.

Z. MRÓZ, On the Design of Non-Homogencous Technically Orthotropic Plates, Sympozjum IUTAM, Warszawa 1958.

D: C. DRUCKER, On minimum Weight Design and Strength of Non-Homogeneous Plastic Bodies, Sympozjum IUTAM, Warszawa 1958.

W. PRAGER, On a Problem of Optimal Design, Sympozjum IUTAM, Warszawa 1958.

J. HEYMAN, Minimum Weight of Frames under Shakedown Loading, J. Engin. Mech. Division, październik 1958, Proc. ASCE.

H. H. HILTON, Minimum Weight Analysis for Combined Loads Based on Probability of Failure, Hughes Aircraft Company Report S.F. 1.3-16, 1958.

Z. WASIUTYNSKI, O przekształceniu kratownic przez wymianie prętów, Inzyn. Budown., 1958.

Z. MRÓZ, Nośność graniczna i kształtowanie wytrzymałościowe płyt pierścieniowych, Rozp. Inzyn., 4, 6 (1958).

S. KAUFMAN, T. HOP, Studium nad racjonalnym kształtowaniem przekroju poprzecznego belki sprężonej, Arch. Inzyn. Ladow., 1, 5 (1959), 81-127.

J. HEYMAN, Inverse Design of Beams and Grillages, Proc. Inst. Civ. Engin., 13 (1959).

HSUAN-LOH Su, Statistical Approach to Structural Design, Proc. Inst. Civil Engineers, vol. 13, lipiec 1959.

S. KRISHNAN, K. V. SHETTY, On the Optimum Design of an I-section Beams, J. Aero-Space Sci., 26 (1959).

W. STAROSOLSKI, Sprezona belka ciagla o zmiennym momencie bezwladnosci. Dobór sily, Arch. Inzyn. Ladow., 3, 1959.

W. STAROSOLSKI, Projektowanie sprężonych belek ciągłych o zmiennym momencie bezwładności z uwzględnieniem zmienności siły sprężającej, Arch. Inzyn. Ladow., 4, 1959.

W. STAROSOLSKI, Odginanie kabli w belce sprężonej z uwzględnieniem wszystkich programowych stanów obciążenia, Inzyn. Budown., 10, 1959.

J. IGNACZAK, O rozpiętościach belek wspornikowych ukształtowanych z warunku wyrównania naprężeń, Rozpr. Inzyn., 2, 7 (1959).

W. PRAGER, R. T. SHIELD, Minimum Weight Design of Circular Plates Under Arbitrary Loading, J. Appl. Math. Phys., 4, 10 (1959).

Z. WASIUTYNSKI, Mosty lukowe, PWN Warszawa 1959.

J. R. ROBINSON, Cours de béton précontraint, Dunod, Paryz 1959.

W. PRAGER, Dimensionnement plastique et économie des matériaux, Bull. Centre d'Etudes. de Recherches et d'Essais Scientifiques du Génie Civil, 10, Liege 1959.

Z. WASIUTYŃSKI, Kształtowanie belek stalowych o przekrojach dwuteowych lub skrzynkowych, Ksiega Jubileuszowa W. Wierzbickiego, Warszawa 1950.

Z. WASIUTYŃSKI, O zastosowaniu nauk Ścisłych do wyznaczania kształtów w budownictwie, Nauka Polska, 1 (29), 1960.

J. KOSMOWSKI, Wyznaczanie układu prętów w czterowęzłowym polu kratownicy z warunku minimum potencjału, Rozpr. Inzyn., 1, 1960.

J. GRYCZ, O przekształceniach ustroju czterowęzłowego przez wymianie prętów, Rozpr. Inzyn., 1, 1960.

J. KAPKOWSKI, Wprowadzenie siły skupionej w tarcze z uwzględnieniem warunku równomiernej wytrzymałości, Arch. Budowy Maszyn, 1, 1960.

S. ŁUKASIEWICZ, Płyty kołowe o równomiernej wytrzymałości obciążone osiowo symetrycznie,. Arch. Budowy Maszyn, 1, 1960.

W. STAROSOISKI, Ogólny przypadek przekroju sprężonego. Analiza a dobór siły, Arch. Inzyn. Ladow., 3, 1960.

W. STAROSOLSKI, Projektowanie przekrojów sprężonych obciążonych mimośrodowo, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Budownictwo, 3, 1960.

A. BRANDT, Kształtowanie belek sprężonych przez wyrównywanie skrajnych naprężeń, Rozpr. Inzyn., 2, 8 (1960).

A. BIERNAWSKI, B. GROCHOWSKI, O kształtowaniu kratownic na minimum potencjału, Rozpr. Inzyn., 4, 1960.

G. EASON, The Minimum Weight Design of Circular Sandwich Plates, ZAMP, 11 (1960).

R. G. ROBERTSON, The Two-Span Haunched Continuous Beam in Prestressed Concrete, Proc. Inst. Civil Engin., 15 (1960).

Z. MRÓZ, On a Problem of Minimum Weight Design, Brown University, 1960.

R. T. SHIELD, Plate Design for Minimum Weight, Quart. Appl. Math., 2, 18 (1960).

A. BRANDT, Détermination de la forme des poutres précontraintes par l'égalisation des contraintes, Bull. Acad. Pol. Sci., Vol., 5, 8 (1960).

H. H. HILTON, M. FEIGEN, Minimum Weight Analysis Based on Structural Reliability, J. Aero-Space Sci., 9, 27 (1960).

Z. WASIUTYNSKI, On the Congruency of the Forming According to the Minimum Potential Energy with that According to the Equal Sirength, Bull. Acad. Pol. Sci., 6, 8 (1960).

R. T. SHIELD, On the Optimum Design of Shells, J. Appl. Mech., 1960.

J. KAPKOWSKI, S. LUKASIEWICZ, Wpływ temperatury na równomierną wytrzymałość krążków wirujących, Arch. Budowy Maszyn, 2, 1961.

S. KRISEINAN, K. V. SHETTY, A Method of Minimum Weight Design for Thin-Walled Beams, Struct. Engin., 1961.

Duszan PONIŻ, Problemy kształtowania konstrukcji budowlanych, Biul. Tech. BSPTBP, 1961.

Wenczesław PONIŻ, Kształtowanie zbiornika o kształcie kropli, praca niepublikowana, 1961.

Z. WASIUTYŃSKI, Zadania o wyznaczeniu kształtu belki betonowej równej wytrzymałości sprężonej dowolnie gęsto dowolnie cienkimi strunami, VII Konf. PZITB i PAN, W Krynicy 1961.

A. BRANDT, Przegląd historyczny zagadnien ksztaltowania wytrzymalosciowego, VII Konf. PZITB PAN w Krynicy 1961.

A. BRANDT, Porównanie podstaw zakresu kształtowania na minimalny ciężar – Minimum Weight Design z kształtowaniem na minimum potencjału, VII Konf. PZITB i PAN w Krynicy 1961.

A. BRANDT, Kształtowanie belek sprężonych, VII Konf. PZITB i PAN w Krynicy 1961 .

A. BIERNAWSKI, Zastosowanie rachunku punktowego i do zagadnienia ksztaltowania kratownic, VII Konf. PZITB i PAN w Krynicy 1961.

A. BIERNAWSKI, Twierdzenie o potencjale kratownicy przestrzennej o czterech węzłach obciążonych, VII Konf. PZITB i PAN w Krynicy 1961.

J. KOSMOWSKI, A. BIERNAWSKI, Kratownice minimalne o dwóch i trzech polach, VII Konf. PZITB i PAN w Krynicy 1961.

W. DZIENISZEWSKI, Wpływ sił normalnych w łącznikach, w lukach i w belkach na układ oraz wielkość sił wewnętrznych w ustrojach Langera i Maillarta, VII Konf. PZITB i PAN w Krynicy 1961.

W. DZIENISZEWSKI, Wyznaczanie właściwej zmienności momentów bezwładności belek w ustrojach Maillarta, VII Konf. PZITB i PAN w Krynicy 1961.

J. GRYCZ, Podstawowe zależności kolejność rozwiązania zadania o wyznaczaniu kształtu belek betonowych sprężonych dowolnie gęsto dowolnie cienkimi strunami w założeniu wyrównanych naprężeni głównych, VII Konf. PZITB PAN w Krynicy 1961.

J. GRYCZ, O wyznaczaniu układów prętów tworzących kratownice izostatyczne ekstremalne przy danym układzie węzłów przy niezmiennym obciqzeniu, VII Konf. PZITB i PAN w Krynicy 1961.

J. KOSMOWSKI, O kształtowaniu belki stalowej wspornikowej o stałej wysokości i stałej szerokości półek, VII Konf. PZITB PAN W Krynicy 1961.

J. KOSMOWSKI, Wyznaczanie układu prętów w czterowęzłowym polu kratownicy z warunku minimum potencjału i sprawdziany praktyczne poprawności układu prętów w kratownicach płaskich, VII Konf. PZITB i PAN w Krynicy 1961.

J. KOSMOWSKI, Wyznaczenie optymalnego położenia punktów zerowych momentów zginających w belkach wieloprzęsłowych kształtowanych z warunku wyrównania skrajnych wartości potencjału jednostkowego odkształceń postaciowych, VII Konf. PZITB i PAN w Krynicy 1961.

Z. SULIMOWSKI, Analiza wolnopodpartej belki sprężonej siłą zmienną, VII Konf. PZITB i PAN w Krynicy 1961.

W. STAROSOLSKI, Kształtowanie sprężonych belek ciągłych, VII Konf. PZITB i PAN w Krynicy 1961.