Материал: Строительная механика и сопротивление материалов

сопряжения ригеля и стойки (см. рис. 3, б). Потери местной устойчивости стенки не происходит. Конечные элементы с отрицательной энергией локализованы во внутренних полках, а в стенке расположены в нижней части узла и доходят до ребра жесткости. Коэффициент надежности по устойчивости системы для варианта с диагональным ребром жесткости соответствует требованиям норм: k=2,27>1,3.

Для варианта с двумя поперечными ребрами жесткости выявлено, что нарушение плоской формы изгиба не сопровождается выпучиванием конечных элементов стенки непосредственно в самом узле сопряжения ригеля и стойки (см. рис. 3, г). Потери местной устойчивости стенки не происходит. Коэффициент надежности по устойчивости системы для варианта с двумя ребрами жесткости соответствует требованиям норм: k=2,58>1,3.

Представлены результаты поиска форм потери устойчивости в графическом виде:

а)

б)

в)

Рис. 4. Схемы форм потери устойчивости, вариант №1 (без ребер жесткости): а – первая форма; б – вторая форма; в – третья форма

80

а)

б)

в)

Рис. 5. Схемы форм потери устойчивости, вариант №2 (с одним диагональным ребром жесткости): а – первая форма; б – вторая форма; в – третья форма

81

а)

б)

в)

Рис. 6. Схемы форм потери устойчивости, вариант №3 (с двумя поперечными ребрами жесткости): а – первая форма; б – вторая форма; в – третья форма

82

Отметим, что, для всех рассмотренных вариантов в первых двух формах потеря устойчивости рамы сопровождается кручением стойки.

Для комбинированного узла (присутствуют все три пары ребер жесткости: горизонтальные, вертикальные и диагональные) на схеме деформирования (см. рис. 3, е) выявлено, что нарушение плоской формы изгиба не сопровождается выпучиванием конечных элементов стенки в зоне узла. Кроме этого, потеря местной устойчивости стенки не происходит. В сравнении с другими вариантами КЭ стенки с отрицательной энергией находятся в месте с более низким уровнем напряжений - за пределами узла. Формы потери устойчивости для четвертого варианта геометрически близки к варианту с двумя поперечными ребрами (см. рис. 6), поэтому отдельно в работе не представлены. Внутри отсеков конечные элементы с отрицательной энергией (синий цвет) не выявлены (см. рис. 3, д). Коэффициент надежности по устойчивости системы (первая форма) для варианта с тремя ребрами жесткости соответствует требованиям норм: k=2,80>1,3 и является самым большим из числа рассмотренных вариантов.

Результаты расчета на устойчивость системы для четырех рассмотренных вариантов конструкции узла сопряжения ригеля и стойки представлены в таблице.

На основании данных таблицы можно отметить, что варианты конструктивного решения №2, №3 и №4 дают близкие результаты при проверке общей устойчивости. В инженерных расчетах при выполнении условия неравенства для значения коэффициента надежности по устойчивости увеличение детализации расчетной модели за счет постановки всех ребер

83

жесткости конструкции не требуется. Однако данное уточнение не распространяется на случаи решения задач местной устойчивости стенки.

Выводы

1.Предложенные принципы моделирования с использованием плоских оболочечных конечных элементов рам переменной жесткости позволяют получить достаточно полную информацию об их НДС для осуществления анализа как общей устойчивости системы в целом, так и местной устойчивости элементов.

2.Моделирование рамной системы и ребер жесткости с использованием пластинчатых КЭ на примере рассмотренных вариантов моделей позволило выявить связь между местной устойчивостью и устойчивостью системы. Такая связь была показана с помощью анализа распределения энергии в стенке рамы и значений коэффициентов надежности по устойчивости системы, а также по геометрии форм потери устойчивости.

3.Вариант с диагональным ребром жесткости в узле сопряжения ригеля и стойки в сравнении с вариантом постановки вертикальных и горизонтальных ребер жесткости имеет отличия в НДС, однако анализ результатов моделирования показал близкие значения коэффициентов надежности по устойчивости рамы для обоих вариантов.

4.По результатам анализа НДС вариантов моделирования рассмотренной рамы применение вертикальных и горизонтальных ребер жесткости в узле сопряжения ригеля со стойкой является наиболее рациональным конструктивным решением с точки зрения местной устойчивости стенки внутри отсека узла сопряжения ригеля со стойкой.

5.Использование комбинированного варианта с одновременным наличием вертикальных, горизонтальных и диагональных ребер жесткости не дает существенного улучшения НДС по сравнению с использованием горизонтальных и вертикальных ребер. Исходя из этого данное конструктивное решение необходимо применять только при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Библиографический список

1.Беляева С.Ю. Сравнительный анализ методик проверки местной устойчивости стенки стальной рамы двутаврового переменного по высоте сечения на частном примере/ С.Ю. Беляева, Д.Н. Кузнецов, И.А. Ковылина //Современное строительство и архитектура. – 2017. – №. 3 (07). – С. 30-34. DOI: https://doi.org/10.18454/mca.2017.07.11.

2.Карпиловский В.С. Вычислительный комплекс SCAD/ В.С. Карпиловский В.С., Э.З. Криксунов, А.А. Маляренко, А.В. Перельмутер, М.А. Перельмутер – М.: Изд-во ACB, 2007. – 592 c.

3.Власов В.З. Тонкостенные упругие стержни/ В.З. Власов. - М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит-ры, 1959. – 568 с.

4.Катюшин В.В. Здания с каркасами из стальных рам переменного сечения (расчет, проектирование, строительство)/ В.В. Катюшин. – М.: ОАО Издательство «Стройиздат», 2005 . – 656 с.

5.Кириллова Н.А. Актуальность применения стальных рам переменного сечения в строительстве/ Н.А Кириллова//Наука сегодня: опыт, традиции, инновации – 2017. – 25 с.

6.Кузнецов Д.Н. Расчет и конструирование стальных рам переменного сечения: магистерская диссертация/ Д.Н.Кузнецов. – Воронеж, 2013 – 76 c.

7.Металлические конструкции: В 3 т. Т.2. Конструкции зданий: учеб. для строит. ВУЗов/ В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Б.И. Белый.; Под ред. В.В. Горева. – 3-е изд., стер.

– М.: Высшая школа, 2004. – 551 с.

84