В данной статье показано распределение напряжений тонкостенных вальцованных арочных профилей.
Ключевые слова: вальцованный U-образный профиль системы MIC-120, деформации арок, арка, свод, компьютерное моделирование.
This article shows the stress distribution of thin-walled rolled arch profile.
Keywords: rolled U-shaped profile of MIC-120 system, arch, arch, computer modeling.
Сравним результаты работы смоделированных твердотельно в программном комплексе Solid Works арочного и прямолинейного вальцованных U образных профилей [1], [3], [4].
Цель: численное исследование распределения напряжений в тонкостенном вальцованном профиле.
Материалы и методы: гофрированность элемента при моделировании создаем с использованием оболочечных конечных элементов, учитывая тонкостенность профиля (Рис. 1, 2, 3). Методологической основой исследования является расчет методом конечных элементов. Профили был рассчитан методом конечных элементов и выявлены распределения напряжений.
Для определения распределения напряжений арочного профиля использовали модели пролетом 9,4м, 15,4м, 18м, 22м в виде двухшарнирной статически неопределимой арки, прямолинейные консоли-балки пролетом 0,7–6м и толщиной листа профиля 0,8мм, 1мм, 1,1мм, 1,2мм соответственно [1], [2]. При изучении работы прямолинейного профиля учитывалась работа при сжатой широкой полке или сжатой узкой, откуда получены редуцированные жесткостные характеристики [2], [5]. По результатам численного исследования работы арочного профиля определили предельно допустимые нагрузки по напряжениям и перемещениям (при закреплении арки из плоскости верхних полок). Численное значение предельной нагрузки ниже расчетных значений критической нагрузки, если учитывать редуцированные жесткостные характеристики, определенные для прямолинейного профиля при сжатии узких или широких полок [1], [3], [4], [5], [6], [7]. Загружения приложены к гофрированной полке профиля.
Результаты распределения напряжений арочного профиля показаны на рис.1,2 от действия гравитационной и радиальной нагрузки соответственно. По результатам напряжений определили максимально напряженные рабочие элементы профиля, воспринимающие сжатие и растяжение, по которым можно вычислить редуцированные геометрические характеристики эффективной площади поперечного сечения и момента сопротивления относительно оси.
По результатам численных исследований в виде двухшарнирной статически неопределимой арки получили, что в наиболее опасном сечении передача нагрузки учитывает несимметричность всего профиля, верхние полки передают нагрузку не равномерно всем сечением (при гравитационном загружении) [4]. Обратное наблюдается при загружении радиальной нагрузкой верхние и нижние полки работают как по образующей, так и в узле закрепления равномерна распределяя напряжения по всему сечению, которому близки ранее определенные жесткостные характеристики [1].
Рис. 1. Эпюра напряжений в арочном вальцованном тонкостенном профиле t=0,8–1,1мм. в узле закрепления (по всей арке также распределяются напряжения) (при вертикальной нагрузке)
Рис. 2. Эпюра распределения напряжений в узле закрепления вальцованной арки пролетом 18м t=0,8мм. (при радиальной нагрузке)
Рис. 3. Эпюра распределения напряжений по арке пролетом 18м t=0,8мм. (при радиальной нагрузке)
Результаты: определили напряженные зоны, несущие нагрузку, элементы профиля при радиальной и гравитационной нагрузках.
Обсуждения: оценили влияние несимметричного сечения при распределении напряжений в наиболее опасном сечении при загружении гидростатическим давлением и вертикальной равномерно распределенной нагрузками. Также показаны распределения напряжений в профиле при загружении радиальной и вертикальной нагрузках.
Выводы: из результатов видна причина повышенной деформативности и гибкости арки из вальцованного U образного профиля системы MIC-12 обусловленных тонкостенностью и гофрированностью элементов полки и стенок профиля.
Литература:
- Веселев Ю. А., Карабутов М. С. Численное определение редуцированных геометрических характеристик тонкостенных металлических вальцованных профилей //Легкие строительные конструкции, 2009. -112с.
- Веселев Ю. А., Карабутов М. С. Определение вероятности потери прочности арки из U-образного профиля с приведенными редуцированными геометрическими характеристиками. «СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА ИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И СООРУЖЕНИЙ» № 1, 2013 год, 45–51с.
- Карабутов М. С. Численное изменение напряжений и перемещений арки из гофрированного U-образного тонкостенного профиля при загружении критической нагрузкой // Молодой ученый. — 2019. — № 42. — С. 15–18.
- Карабутов М. С. Численное определение критической нагрузки по предельным перемещениям и напряжениям арки из гофрированного U-образного тонкостенного профиля при загружении гравитационной нагрузкой // Молодой ученый. — 2019. — № 43. — С.
- ТУ 5262–144–02494680–04. Конструкции покрытия бескаркасных арочных зданий из гнутых стальных профилей. — М., 2004.-11с.
- Блейх Ф. Устойчивость металлических конструкций. — М.: Физматгиз. 1959. -544с.
- Еремеев П. Г., Киселев Д. Б., Арменский М. Ю. К проектированию бескаркасных конструкций арочных сводов из холодногнутых тонколистовых стальных профилей. // «Монтажные и специальные работы в строительстве». — 2004 — № 7.
