Издаётся с сентября 1923 года
DOI: 10.33622/0869-7019
Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science


  • СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА
  • Обратный численно-аналитический метод расчета легких стальных тонкостенных стержневых элементов
  • УДК 624.072.2.014.2-415:624.014 DOI: 10.33622/0869-7019.2021.03.57-68
    Григорий Иванович БЕЛЫЙ, доктор технических наук, профессор, e-mail: office@erkon.ru
    Максим Олегович СМИРНОВ, аспирант, e-mail: smirnov.maxim.sk@gmail.com
    ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» (СПбГАСУ), 190005 Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 4
    Аннотация. Для совершенствования и развития практических методов расчета стержневых элементов легких стальных тонкостенных конструкций предложен обратный численно-аналитический метод, позволяющий сократить время расчета на несколько порядков по сравнению с существующими методами. По заданному предельному напряженному состоянию в нередуцированном сечении при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов в двух плоскостях определяется редукция, позволяющая численно, с помощью алгоритма "сечение", установить фактически воспринимаемые этим сечением усилия - обратное решение задач прочности. В задачах пространственной устойчивости полученные таким образом усилия принимаются в наиболее нагруженном сечении за деформационные. При этом влияние редукции компенсируется догружением фиктивными усилиями. Затем, задаваясь гибкостью стержня, обратным аналитическим решением деформационной задачи вычисляют соответствующие условия загружения: концевые двухосные эксцентриситеты фактически действующей силы. Таким же образом решаются более простые задачи устойчивости по изгибной и изгибно-крутильной формам. С целью практического применения решения построены в безразмерных параметрах с использованием коэффициентов продольной силы, относительных эксцентриситетов и приведенных гибкостей. Сопоставления многочисленных результатов расчета по предложенному методу и методу конечных элементов по программе ANSYS показало их достаточно хорошую согласованность, а сопоставление с еврокодом выявило, что последний существенно занижает пространственную устойчивость. В примерах расчета иллюстрируется также влияние фактической редукции сечения на несущую способность, которая может быть учтена коэффициентом потери местной устойчивости и формы сечения, что позволяет сохранить традиционные проверки прочности и общей устойчивости.
    Ключевые слова: стальные тонкостенные стержни, прочность при общем случае загружения, пространственная устойчивость, потеря местной устойчивости и формы сечения, редукция сечения.
  • ЛИТЕРАТУРА
    1. Winter G. Strength of thin steel compression flanges [Прочность стальных тонкостенных полок при сжатии] // Transactions ASCE. 1947. 112. Pp. 527-554.
    2. Winter G. Thin-walled structures - theoretical solutions and test results [Тонкостенные конструкции - теоретические решения и результаты испытаний] // Preliminary Publications of the Eighth Congress, International Association for Bridge and Structural Engineering (IABSE). New York, 1968. Pp. 101-112.
    3. Pekцz T. Development of a unified approach to the design of cold-formed steel members [Разработка единого подхода к проектированию стержней из холодногнутой стали] // American Iron and Steel Institute Research Report, 1987. CF 87-1. Pp. 77-84.
    4. Moldovan A. Compression tests on cold-formed steel columns with monosymmetrical section [Испытания на сжатие холодногнутых стальных колонн с моносимметричным сечением] // Thin-Walled Structures. 1994. Vol. 20 (1-4). Pp. 241-252.
    5. Shafer B. W. Designing cold-formed steel using the direct strength method [Проектирование холодногнутой стали методом прямой прочности] // 18th International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures October 26-27, 2006, Orlando, Florida. Pp. 475-489.
    6. Shafer B. W. Local, distortional and Euler buckling of thin-walled columns [Локальная, деформационная и эйлерова потеря устойчивости тонкостенных колонн] // Journal of Structuring Engineering. 2002. Vol. 128(3). Pp. 289-299.
    7. AISI S100-2016. North American specification for the design of cold-formed steel structural members [Североамериканские спецификации для проектирования элементов конструкций из холодногнутой стали].
    8. AS/NZS 4600:2005. Australian/New Zealand standard. Cold-formed steel structures [Стандарт Австралии / Новой Зеландии. Стальные холодногнутые конструкции].
    9. EN 1993-1-3-2006. Eurocode 3. Design of steel structures. Part 1-3: General rules. Supplementary rules for cold-formed members and sheeting [Проектирование металлоконструкций. Часть 1-3: Общие правила. Дополнительные правила для холодногнутых профилей и листов].
    10. Кузнецов А. Ю. Напряженно-деформированные и предельные состояния в сечениях стержневых элементов из оцинкованных профилей // Вестник гражданских инженеров. 2013. № 2(37). С. 56-60.
    11. Белый Г. И., Кузнецов А. Ю. Влияние редукции сечения на устойчивость стержневых элементов конструкций из спаренных холодногнутых тонкостенных профилей // Вестник гражданских инженеров. 2016. № 4(57). С. 57-63.
    12. Белый Г. И. К расчету на прочность стержневых элементов легких стальных тонкостенных конструкций при многопараметрическом загружении // Вестник гражданских инженеров. 2019. № 4(75). С. 13-17.
    13. Белый Г. И. Развитие методов расчета стержневых элементов стальных конструкций при многопараметрическом загружении // Вестник гражданских инженеров. 2020. № 3(80). С. 43-54.
    14. Белый Г. И. Аналитически-численный метод расчета на устойчивость стержневых элементов легких стальных тонкостенных конструкций // Вестник гражданских инженеров. 2020. № 4(81). С. 39-46.
    15. Власов В. З. Тонкостенные упругие стержни. М. : Физматгиз, 1959. 505 с.
    16. Воробьев Л. Н. Деформационный расчет и устойчивость тонкостенных стержней открытого профиля // Труды Новочеркасского политехнического института. 1958. Т. 69/93. С. 3-48.
    17. Броуде Б. М. К теории тонкостенных стержней открытого профиля // Строительная механика и расчет сооружений. 1960. № 5. С. 6-11.
    18. Воронцов Г. В. Малые пространственные колебания, устойчивость и устойчивая прочность тонкостенных стержней открытого профиля // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1965. № 1. С. 44-49.
    19. Бейлин Е. А. Общие уравнения деформационного расчета и устойчивости тонкостенных стержней // Строительная механика и расчет сооружений. 1969. № 5. С. 35-41.
    20. Бейлин Е. А., Белый Г. И. К деформационному расчету упругих систем, подверженных одновременному действию активных и параметрических нагрузок // Строительная механика и расчет сооружений. 1976. № 3. С. 30-34.
  • Для цитирования: Белый Г. И., Смирнов М. О. Обратный численно-аналитический метод расчета легких стальных тонкостенных стержневых элементов // Промышленное и гражданское строительство. 2021. № 3. С. 57-68. DOI: 10.33622/0869-7019.2021.03.57-68.

НАЗАД