ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕСТНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ПЕРФОРИРОВАННЫХ БАЛОК С КРУГЛЫМИ ВЫРЕЗАМИ: РАСЧЕТЫ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА КОНСТРУКЦИЯХ ИЗ ЖЕСТИ

  • Лаврова Анна Сергеевна - Калининградский морской проектный институт - филиал АО «31-й государственный проектный институт специального строительства» (КМПИ - филиал «31 ГПИСС»)
  • Притыкин Алексей Игоревич - Калининградский государственный технический университет (КГТУ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2017.10.1115-1124
Страницы: 1115-1124
Предмет исследования: исследована местная устойчивость перфорированных балок с круглыми вырезами, широко применяемыми в строительстве. Основная проблема в этой области - отсутствие аналитических зависимостей, позволяющих оценить критическую нагрузку перфорированной балки. Цель: показать эффективность исследования местной устойчивости перфорированных балок на маломасштабных моделях, выполненных из жести; получить зависимость для пересчета результатов испытаний модели на натурную конструкцию; проверить надежность численных расчетов критической нагрузки методом конечных элементов (МКЭ). Материалы и методы: испытания проводились на моделях из жести в виде балочек длиной 32 см и на натурной четырехметровой конструкции из стали. В качестве методов исследования использовались теория подобия, эксперименты и численное моделирование устойчивости МКЭ с помощью программного комплекса ANSYS. Результаты: показано, что испытания маломасштабных моделей дают надежные результаты для оценки критической нагрузки натурных конструкций при потере местной устойчивости в упругой стадии нагружения. Приведенная зависимость для пересчета критической нагрузки модели на натурную конструкцию не требует строгого соблюдения подобия по коэффициенту Пуассона и по размерам полок, так как их влияние на критическую нагрузку невелико. Сопоставление полученных данных на моделях с расчетами конструкций МКЭ показало, что расчеты МКЭ дают надежные результаты оценки устойчивости, а испытания моделей надо производить лишь для проверки влияния начальных несовершенств в виде небольших выпучин, неточности изготовления или разброса толщин, а также влияния остаточных напряжений при сварке. Расхождение результатов испытания моделей и расчетов критической нагрузки МКЭ не превышает 6 %. Выводы: полученная на основе теории подобия зависимость позволяет эффективно пересчитывать критическую нагрузку модели на натурную конструкцию, для чего необходимо соблюдать только геометрическое подобие перфорированной стенки в плане, идентичность граничных условий и характера нагружения. Критическая нагрузка перфорированной балки пропорциональна кубу толщины стенки.
  • перфорированная балка с круглыми вырезами;
  • устойчивость перемычек при сдвиге;
  • модели из жести и стали;
  • теория подобия;
  • эксперимент;
  • МКЭ;
Литература
  1. Cheng B., Zhao J. Strengthening of perforated plates under axial compression: buckling analysis // Thin-Walled Structures. 2010. Vol. 48. Pp. 905-914.
  2. Durif S., Bouchair A., Vassart O. Experimental tests and numerical modeling of cellular beams with sinusoidal openings // Journal of Constructional Steel Research. 2013. Vol. 82. Pp. 72-87.
  3. Aglan A.A., Redwood R.G. Web buckling in castellated beams // Proceedings of the Institution of Civil Engineering. June 1974. Vol. 57. Issue 2. Part 2. Pp. 307-320.
  4. Сhhapkhane N.K., Shashikant R.K. Analysis of stress distribution in castellated beam using finite element method and experimental techniques // International Journal of Mechanical Engineering Applications Research. 2012. Vol. 3 (3). Pр. 190-197.
  5. Dougherty B.K. Buckling of web-posts in perforated beams // Journal of Structural Division. 1981. Vol. 107. No. 3. Pp. 507-519.
  6. Kazemi Nia Korrani H.R., Kabir M.Z., Molanaei S. Lateral-torsional buckling of castellated beams under end moments // International Journal of Recent Trends in Engineering and Technology. 2010. Vol. 3. No. 5. Pp. 16-19.
  7. Lagros N.D., Psarras L.D., Papadrakasis M., Panagiotou G. Optimum design of steel structures with web opening // Journal of Engineering Structures. 2008. Vol. 30. Pp. 2528-2537.
  8. Redwood R., Demirdjian S. Castellated beam web buckling in shear // Journal of Structural Engineering. 1998. Vol. 124. No. 10. Pp. 1202-1207.
  9. Wang P., Wang X., Ma N. Vertical shear buckling capacity of web-posts in castellated steel beams with fillet corner hexagonal web openings // Engineering Structures, 2014. Vol. 75. Pp. 315-326.
  10. Zirakian Т., Showkati Н. Distortional buckling of castellated beam // Journal of Constructional Steel Research. 2006. Vol. 62. Pp. 863-871.
  11. Арончик А.Б., Селезнева В.А. Экспериментальное исследование устойчивости стенок перфорированных балок // Исследование легких металлических конструкций производственных зданий. Красноярск, 1984. С. 4-15.
  12. Добрачев В.М., Себешев В.Г., Литвинов Е.В. Прочность и местная устойчивость стенки-перемычки перфорированной балки // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2004. № 2. С. 10-16.
  13. Добрачев В.М., Себешев В.Г., Литвинов Е.В. Местная устойчивость стенки-перемычки перфорированной балки с дополнительными прямоугольными вставками // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2004. № 5. С. 119-122.
  14. Копытов М.М., Яшин С.Г. Местная устойчивость стенки перфорированного двутавра // Вестник ТГАСУ. 2000. № 1. С. 152-158.
  15. Копытов М.М., Яшин С.Г. Особенности работы перфорированных балок с повышенной степенью развития сечения // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2003. № 3. С. 4-8.
  16. Притыкин А.И. Повышение местной устойчивости перфорированных балок за счет смещения оси расположения отверстий // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2009. № 8. С. 116-121.
  17. Притыкин А.И., Притыкин И.А. Влияние ширины полок и толщины стенки на местную устойчивость перфорированных балок // Вестник МГСУ. 2010. № 1. С. 133-137.
  18. Притыкин А.И., Притыкин И.А. Способы повышения местной устойчивости балок с вырезами // Промышленное и гражданское строительство. 2010. № 7. С. 50-51.
  19. Pritykin A., Lavrova A. Stress-strain state and local buckling of cellular beams with the different forms of openings // Proceedings of the 19th International Сonference “Mechanika-2014”. Kaunas. : “Technologija” Lithuania, 2014. Pp. 219-224.
  20. Соловьев А.В., Холопов И.С., Лукин А.О. Двутавровые сварные балки переменного сечения с круглой перфорацией // Промышленное и гражданское строительство. 2010. № 8. С. 27-30.
  21. Кирпичев М.В. Теория подобия. М. : Изд-во АН СССР, 1953. 93 с.
  22. Крайтерман Б.Л. О моделировании напряженного состояния гибких пластин при различных коэффициентах Пуассона // Прикладная механика. 1974. Т. Х. Вып. 6. С. 122-125.
СКАЧАТЬ (RUS)