Научная статья на тему 'ПРОВЕРКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ РАМНОГО УЗЛА МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ПО ТИПОВОЙ СЕРИИ 2.440 С ПОМОЩЬЮ IDEA STATICA'

ПРОВЕРКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ РАМНОГО УЗЛА МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ПО ТИПОВОЙ СЕРИИ 2.440 С ПОМОЩЬЮ IDEA STATICA Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
612
154
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
УЗЛЫ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ / КОМПОНЕНТНЫЙ МЕТОД КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (КМКЭ) / IDEA STATICA / ТИПОВЫЕ СЕРИИ / CONNECTION OF METAL STRUCTURES / COMPONENT-BASED FINITE ELEMENT MODEL (CBFEM) / TYPE SERIES

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Мельников Денис Андреевич, Дмитриева Татьяна Львовна

Цель - изучение действительной работы жесткого рамного узла сопряжения ригеля с колонной на высокопрочных болтах по типовой серии 2.440-2 с использованием современных программных комплексов компонентного метода конечных элементов (КМКЭ). Особое внимание уделялось работе узловых элементов, а также их напряженно-деформированному состоянию. Основываясь на результатах статического расчета, по таблицам типовой серии подбирались сечения рассматриваемых элементов, а также компоненты узла (пластины, болты, швы и прочее). Далее при помощи компонентного метода конечных элементов (КМКЭ), заложенного в основу программного обеспечения IDEA StatiСa, был смоделирован узел со всеми компонентами и по заданным усилиям, а также выполнен расчет. На основании этого расчета по косвенным признакам была определена пригодность полученной модели узла к анализу и использованию для выявления несоответствий в серии и современных нормах. Используя напряжения в пластинах, усилия в болтах и сварке, а также несколько форм колебаний для оценки устойчивости компонентов, была дана оценка применимости рассматриваемого узла в данной конфигурации. В результате выяснилось, что узел не соответствует современным нормам в части конструктивных условий. Более того, серийные болты оказались перегружены почти на 38%, а некоторые сварные швы близки к предельному состоянию, что при использовании в реальных условиях может привести к большим потерям, включая человеческие жизни. Даны рекомендации по изменению конкретной конфигурации узла с целью предохранения его от разрушения любого характера, в том числе местной потери устойчивости.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Мельников Денис Андреевич, Дмитриева Татьяна Львовна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

VALIDATION OF THE LOAD-BEARING CAPACITY OF THE FRAME ASSEMBLY OF METAL STRUCTURES ON THE STANDARD 2.440 SERIES USING IDEA STATICA

The paper aims to study the actual operation of a rigid frame unit for coupling a crossbar with a column on high-strength bolts according to the standard 2.440-2 series using modern software systems of the component finite element method. Special attention was paid to the operation of nodal elements, as well as their stress-strain state. Based on the results of static calculations, the cross-sections of the elements under consideration, as well as the components of the node (plates, bolts, seams, etc.) were selected from the tables of the standard series. Subsequently, using the component finite element method serving as the basis of the IDEA StatiСa software, all the components of the node were modelled with respect to acting forces. The conducted calculations confirmed the suitability of the obtained node model for identifying inconsistencies in the series and modern standards. Using stresses on plates, bolt and welding forces, as well as several forms of vibration to assess the stability of components, the applicability of the node in question in the proposed configuration was evaluated. It turned out that the node failed to meet modern standards in terms of design conditions. Moreover, the serial bolts were overloaded by almost 38%, and some welds approached the limit state. When used in real conditions, this can lead to serious losses, including human lives. Recommendations are given for changing the specific configuration of the node in order to protect it from the destruction of any nature, including local buckling failure.

Текст научной работы на тему «ПРОВЕРКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ РАМНОГО УЗЛА МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ПО ТИПОВОЙ СЕРИИ 2.440 С ПОМОЩЬЮ IDEA STATICA»

Оригинальная статья / Original article УДК 69.04

DOI: http://dx.d0i.0rg/l 0.21285/2227-2917-2020-3-406-419

Проверка несущей способности рамного узла металлоконструкций по типовой серии 2.440 с помощью IDEA StatiCa

© Д.А. Мельников, Т.Л. Дмитриева

Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Россия

Резюме: Цель - изучение действительной работы жесткого рамного узла сопряжения ригеля с колонной на высокопрочных болтах по типовой серии 2.440-2 с использованием современных программных комплексов компонентного метода конечных элементов (КМКЭ). Особое внимание уделялось работе узловых элементов, а также их напряженно-деформированному состоянию. Основываясь на результатах статического расчета, по таблицам типовой серии подбирались сечения рассматриваемых элементов, а также компоненты узла (пластины, болты, швы и прочее). Далее при помощи компонентного метода конечных элементов (КМКЭ), заложенного в основу программного обеспечения IDEA StatiCa, был смоделирован узел со всеми компонентами и по заданным усилиям, а также выполнен расчет. На основании этого расчета по косвенным признакам была определена пригодность полученной модели узла к анализу и использованию для выявления несоответствий в серии и современных нормах. Используя напряжения в пластинах, усилия в болтах и сварке, а также несколько форм колебаний для оценки устойчивости компонентов, была дана оценка применимости рассматриваемого узла в данной конфигурации. В результате выяснилось, что узел не соответствует современным нормам в части конструктивных условий. Более того, серийные болты оказались перегружены почти на 38%, а некоторые сварные швы близки к предельному состоянию, что при использовании в реальных условиях может привести к большим потерям, включая человеческие жизни. Даны рекомендации по изменению конкретной конфигурации узла с целью предохранения его от разрушения любого характера, в том числе местной потери устойчивости.

Ключевые слова: узлы металлоконструкций, компонентный метод конечных элементов (КМКЭ), IDEA StatiCa, типовые серии

Информация о статье: Дата поступления 02 июля 2020 г.; дата принятия к печати 04 августа 2020 г.; дата онлайн-размещения 30 сентября 2020 г.

Для цитирования: Мельников Д.А., Дмитриева Т.Л. Проверка несущей способности рамного узла металлоконструкций по типовой серии 2.440 с помощью IDEA StatiCa. Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2020. Т. 10. № 3. С. 406-419. https://doi.org/10.21285/2227-2917-2020-3-406-419

Validation of the load-bearing capacity of the frame assembly of metal structures on the standard 2.440 series using IDEA StatiCa

© Denis A. Melnikov, Tatyana L. Dmitrieva

Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia

Abstract: The paper aims to study the actual operation of a rigid frame unit for coupling a crossbar with a column on high-strength bolts according to the standard 2.440-2 series using modern software systems of the component finite element method. Special attention was paid to the operation of nodal elements, as well as their stress-strain state. Based on the results of static calculations, the cross-sections of the elements under consideration, as well as the components of the node (plates, bolts, seams, etc.) were selected from the tables of the standard series. Subsequently, using the component finite element method serving as the basis of the IDEA StatiCa software, all the components of the node were modelled with respect to acting forces. The conducted calculations confirmed the suitability of the obtained node model for identifying inconsistencies in the series and modern standards. Using stresses on plates, bolt and welding forces, as well as several forms of vibration to assess the stability of compo-

Том 10 № 3 2020

Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 406-419 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 10 No. 3 2020 _pp. 406-419

ISSN 2227-2917 406 (PRINT>

406 ISSN 2500-154X (ONLINE)

nents, the applicability of the node in question in the proposed configuration was evaluated. It turned out that the node failed to meet modern standards in terms of design conditions. Moreover, the serial bolts were overloaded by almost 38%, and some welds approached the limit state. When used in real conditions, this can lead to serious losses, including human lives. Recommendations are given for changing the specific configuration of the node in order to protect it from the destruction of any nature, including local buckling failure.

Keywords: connection of metal structures, Component-Based Finite element model (CBFEM), IDEA StatiCa, type series

Information about the article: Received July 02, 2020; accepted for publication August 04, 2020; available online September 30, 2020.

For citation: Melnikov DA, Dmitrieva TL. Validation of the load-bearing capacity of the frame assembly of metal structures on the standard 2.440 series using IDEA StatiCa. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2020; 10(3):406-419. https://doi.org/10.21285/2227-2917-2020-3-406-419

Введение

Расчет узлов соединения стальных конструкций долгое время считался спорным и на сегодняшний день таковым остается. Для понимания проблемы необходимо ответить на следующие вопросы:

- рассматриваемый узел является жестким или шарнирным;

- как учесть работу того или иного элемента узла;

- какие напряжения возникают в данном сечении.

Конечно, интересующиеся инженеры, изучив огромное количество узконаправленной литературы и исследований на данную тему, могут дать ответы на некоторые вопросы, однако все они будут касаться лишь стандартных или наиболее часто используемых узлов.

В значительной степени решить проблему расчета таких узлов позволяет компонентный метод конечного элемента (КМКЭ) [1].

Разработкой данного метода изначально занялись сотрудники кафедры стальных и деревянных конструкций факультета гражданского строительства Чешского технического университета в Праге и факультета металлических и деревянных конструкций технологического университета в Брно. Значительно позднее наработками университетов заинтересовались сотрудники компании IDEA StatiCa и заложили в основу своего продукта именно этот метод. Эффективность и точность работы одноименной программы была подтверждена большим количеством тестовых расчетов, численных и натурных экспериментов. Результатом этой

работы стали монографии [2] и [3].

Если говорить о практике проектирования в России, то здесь используется достаточно простой подход: расчет узлов сводится к использованию типовых решений из еще советских серий. Эти узлы и в принципе технические решения прошли проверку временем, да и работать с ними достаточно просто.

Суть сводится примерно к следующему: по результатам статического расчета определяются усилия для конструирования узла сопряжения элементов, а также устанавливаются различные конструктивные требования.

Далее по типовым таблицам подбираются типы узлов и их составляющие (болты, пластины, катеты швов и проч.) По такой методике подберем узел и выполним проверку его применимости согласно современным нормам.

Типовой подбор конфигурации узла по серии 2.440

Исходными данными для подбора конфигурации узла, как упоминалось выше, являются усилия в стержневых элементах, полученные в результате статического расчета.

Рассматриваемый узел - жесткий рамный узел сопряжения колонны крайнего ряда с ригелем (рис. 1).

Усилия в ригеле: Мр900кНм; Qр=800кН, Nр=+150кН.

Усилия в колонне: Мк=400кНм; Qк=100кН, №=1000кН.

Сечение колонны - широкополочный двутавр 70Ш1 по СТО АСЧМ 20-93 «Прокат стальной сортовой фасонного профиля. Двутавры горячекатаные с параллельными гранями полок. ТУ». Сечение ригеля - нормальный двутавр 70Б1.

Том 10 № 3 2020 ISSN 2227-2917

Рис.1. Направления усилий Fig. 1. Orientations of efforts

Сталь конструкций - 09Г2С. Болты фланцевого соединения - высокопрочные, М24. Примем невозможность постановки ву-

та по конструктивным соображениям.

Разложим момент на пару сил для нахождения усилия в растянутом поясе:

jVITÏ =

M * 1000 Np 900 * 1000 ISO ,

-H—7- - —Г^-— + = 140SkH < Nn = 1700 кН (по д окумен ту S3 К M)

h-tf 2 691 - 1 2

По докум. 54КМ1 принимаем узел группы А-2, требующий колонну не менее 60Ш.

Nk = 1000кН;<? = 1660кН > N„ -QK = 1403- 100 = 1303кН

Выполним проверку прочности колонны согласно докум. 54КМ1 для колонны 70Ш1:

Таким образом, по документу 25КМ1 определился узел 44 (рис. 2).

Моделирование узла в IDEA StatiCa В IDEA StatiCa имеется библиотека встроенных шаблонов некоторых типовых

узлов (рис. 3). На основании этих шаблонов можно смоделировать свой узел с минимальными правками, что в значительной мере экономит время. К тому же библиотека узлов становится обширнее с каждой новой версией.

Рис. 2. Чертеж узла Fig. 2. Drawing of joint

''Рекомендации по расчету, проектированию, изготовлению и монтажу фланцевых соединений стальных строительных конструкций. М.: Центральное бюро научно-технической информации, 1989. 54 с.

ISSN 2227-2917

(PRINT) ISSN 2500-154X (ONLINE)

Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate

Том 10 № 3 2020

с. 406-419 Vol. 10 No. 3 2020 pp. 406-419

Рис. 3. Шаблоны узлов Fig. 3. Template of joint

Воспользовавшись рядом монтажных операций, а также заполнив загружения, получим необходимый нам узел (рис. 4).

Программа сертифицирована на территории Российской Федерации и содержит все данные для расчета по сводам правилам (СП) РФ. Соответственно, остается лишь выполнить расчет, проанализировать результаты и, при необходимости, внести корректировки или получить отчет (рис. 5). Анализ результатов расчета В качестве конечного элемента (КЭ) ис-

пользуется 4-узловая оболочка, в каждом узле которой 6 степеней свободы - 3 компоненты перемещений (их, иу, uz) и 3 угла поворота (фх, фу, фz) [4]. Оболочка разделяется на пять интеграционных слоев по толщине пластины в каждой точке интегрирования, и в каждой точке производится анализ (интеграция Гаусса-Лобатто). Программа сама выполняет анализ в каждом слое на основе известных деформаций, показывая в результате только максимальные напряжения и деформации среди всех слоев.

Рис. 4. Подготовленный к расчету узел Fig. 4. Node prepared to the calculation

Том 10 № 3 2020 ISSN 2227-2917

Рис. 5. Результат расчета, эквивалентные напряжения по фон Мизесу Fig. 5. The result of the calculation of the equivalent stress according to von Mises

Программа рассчитывает для всех элементов эквивалентные напряжения по фон Мизесу, основанные на теории Мезеса-Хенки [5], также известной как теория энергии формоизменения (IV теория прочности). Согласно этой теории, опасное состояние наступает тогда, когда удельная потенциальная энергия формоизменения достигает своего предельного значения, которое определяется из опытов на простое растяжение-сжатие:

ffjKS/V = * [("l ~ О2У + ("2 ~ <ГзУ + fe ~ Ol) 2]

В данном случае в качестве предельного

напряжения используется предел текучести. Опыты хорошо подтверждают четвертую теорию для пластичных материалов, одинаково работающих на растяжение и сжатие, к коим и относится сталь.

В краткой аннотации видно, что ни одна из пластин не достигла предела текучести, однако высокопрочные болты не прошли проверку и некоторые сварные швы находятся «на пределе».

Анализ деформированной схемы, достоверность результатов расчета

Для оценки правильности расчета проанализируем деформированную схему и усилия в высокопрочных болтах (рис. 6).

Рис. 6. Деформированная схема рамного узла Fig. 6. Deformed scheme of the frame joint

ISSN 2227-2917 Том 10 № 3 2020 410 (PRINT) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 406-419 410 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 10 No. 3 2020 _(ONLINE)_pp. 406-419

Так, одним из показателей правильности расчета служит деформированная схема Т-образного фланца (рис. 7). Согласно [6]

работа «гибкого» фланца обусловлена появлением «рычажных» сил, которые в значительной степени догружают растянутые болты.

Рис. 7. Расчетная модель Т-образного фланца Fig. 7. Design model of the T-shaped flange

Все дело в том, что после приложения нагрузки фланец прогибается на некоторую величину ия, стремясь при этом повернуться в зоне болтов. Этому повороту в свою очередь препятствуют рычажные силы V, которые возникают при деформировании фланца. Болты, соответственно, удлиняются, из-за чего в них появляются дополнительные

усилия . В деформированной схеме рассматриваемого узла наблюдается именно такое явление (рис. 8).

Другим опознавательным знаком верного расчета служит величина усилий в высокопрочных болтах, а также характер распределения усилий среди всех этих болтов [7].

Рис. 8. Проявление «рычажных» сил в деформированной схеме фланцевого соединения Fig. 8. Manifestation of "lever" forces in the deformed scheme of the flange connection

Рекомендации по расчету, проектированию, изготовлению и монтажу фланцевых соединений стальных строительных конструкций. М.: Центральное бюро научно-технической информации, 1989. 54 с.

Том 10 № 3 2020 ISSN 2227-2917

с. 406-419 Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость (print) Vol. 10 No. 3 2020 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate ISSN 2600-164X pp. 406-419_(online)

Анализ усилий в высокопрочных болтах

Усилия в болтах, в зависимости от конфигурации узла, распределяются достаточно неравномерно. Так, наиболее нагруженными являются болты,

расположенные в растянутой зоне, выше и ниже полки ригеля (рис. 9).

Так как в нашем случае отношение толщины фланца к толщине полки ригеля

У^=27мм/15.5мм=1.74<2, то пренебречь де-формативностью фланцев мы не можем. В таком случае основная часть нагрузки воспринимается болтами, расположенными возле растянутой полки, причем усилия в болтах должны распределяться по одному из вариантов, указанных на рис. 10.

В рассматриваемом случае усилия распределяются следующим образом (рис. 11).

Рис. 9. Наиболее нагруженные ряды болтов Fig. 9. The most loaded rows of bolts

Рис. 10. Распределение усилий в болтах изгибаемого фланцевого соединения Fig. 10. The most loaded rows of bolts

ISSN 2227-2917 Том 10 № 3 2020 412 (PRINT) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 406-419 412 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 10 No. 3 2020 _(ONLINE)_pp. 406-419

Рис. 11. Распределение усилий в болтах рассматриваемого соединения Fig. 11. Force distribution in the bolts of the bent flange connection

Более того, при равномерной расстановке болтов вдоль полки ригеля, наиболее нагруженными должны оказаться болты, рас-

положенные в углу между стенкой и растянутой полкой ригеля, что также наблюдаем на рис. 12.

a b

Рис. 12. Наиболее нагруженные болты: a - теоретически; b - практически Fig. 12. The most loaded bolts: a - theoretically; b - practically

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Итак, на основании вышесказанного можно сделать вывод о том, что анализ работы данного узла в программе IDEA StatiCa по многим критериям соответствует теоретическим и практическим данным [8] о действительной работе такого узла, что говорит о правильности расчета и возможности использования данной модели для оценки несущей способности соединения. Оценивая несущую способность узла согласно серии 2.440 сразу следует отметить, что конструктивное требование, указанное в таблице 4о2

о расстоянии между отверстием и краем пластины (в данном случае полкой колонны), нарушается. Крайние болты необходимо было сдвинуть ближе к оси ригеля.

Проверка пластин

Как упоминалось выше, все пластины и элементы ригеля и колонны прошли проверку на прочность [9-11]. Наиболее нагруженным ожидаемо оказалось ребро над растянутой полкой ригеля (рис. 13). Максимальные напряжения в нем достигли 336,9 МПа.

СП 16.13330.2017 Стальные конструкции. Актуализированная редакция «СНиП II-23-81*». М., 2017.

Том 10 № 3 2020

с. 406-419 Vol. 10 No. 3 2020 pp. 406-419

Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate

ISSN 2227-2917

(print) ISSN 2500-154X (online)

Рис. 13. Наиболее нагруженная пластина Fig. 13. The most loaded plate

Проверка болтов

Высокопрочные болты в свою очередь не смогли пройти проверку [12]. Болты внут-

ренней зоны (в углу между стенкой и полкой ригеля с обеих сторон) оказались перегружены почти на 38% (рис. 14).

Проверка из проскальзывание (SP1lJ-CI.12.31 Л^/ = (}кк ч'ь1"= 25 в 1(4 < N. = 35,6 кН еде:

(¿ы, = 76,9 кК • расчётное усилие, которое может быть воспринято каадой плоскостью трения

■ = -где:

о = 0,7- Н)„а1 = 726.а МРа - расчетное сопротивление растяжению высокопрочных болтов о — 1040,0 МРа - нормативное нремен^ое сопротивление стали Болта

о Л^ = 353 тгп2 - Площадь ря^яжения « |1= 0,35 - коэф-т трении скогьжения о = 1.17- коэф-т контроля натяжения бол гов

Ii

: 0,34 - коэффициент условий работы фрикционного соединения при действии силы, вызывающей растяжение в болтал

аде:

о 7i ' ' L.9C - коэффициент условий работы фрикционного соединения о Nt = 149.1 kN - растясивагащее усилие в болте о Рь = Лы, - = 257.0 kW - усилие натяжения болта

7С = 1,00 коэф-f усЛойий работы

Рис. 14. Расчет болтов согласно СП 16.13330.2017 Fig. 14. Calculation of bolts according to SP 16.13330.2017

Проверка сварных швов

Сварные швы также рассчитываются по металлу шва и по металлу границы сплавления согласно действующим СП. Наибольшие усилия [13] возникают в сварных швах,

крепящих верхнее ребро ригеля (рис. 15) к фланцу (коэффициент использования 0,99) и в шве, крепящем опорный столик к колонне (коэффициент использования 0,99).

ISSN 2227-2917 Том 10 № 3 2020 414 (PRINT) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 406-419 4 14 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 10 No. 3 2020 _(ONLINE)_pp. 406-419

Рис. 15. Наиболее нагруженные сварные швы Fig. 15. The most loaded welds

Проверка местной устойчивости

Последней проверкой является проверка местной устойчивости элементов [14]. Всего рассчитывается 6 форм потери устойчивости (рис. 16, а и Ь). Если проанализировать сами формы, то становится ясно, что по всем формам теряется не просто местная устойчивость отдельных пластин, но и элемента в целом (например, при первой форме стенка ригеля теряет устойчивость, захватывая и обе полки).

При этом программа вычисляет так называемые коэффициенты запаса устойчивости, с помощью которых и предлагается ее оценить. Рекомендуемые предельные значения коэффициентов представлены в

руководстве для проектировщиков3. Согласно п. 5.2.1 Еврокода максимальный коэффициент запаса при пластическом анализе для основных конструкций (непосредственно воспринимающих нагрузки) не должен быть менее 154. Для второстепенных конструкций (подкосы, футы и проч.) - не менее 3.

В рассматриваемом случае устойчивость теряют основные элементы соединения, значит интересующий коэффициент запаса равен 15. Во всех случаях потери устойчивости он меньше (рис. 17). Это говорит о необходимости постановки дополнительных ребер на приопорных участках ригеля и наклонного ребра [15] стенки колонны5.

3Руководство для проектировщиков к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций EN 1993-1-1, 1993-1-3, EN 1993-1-8 / Пер. с англ. Л. Гарднер, Д.А. Нетеркот; ред. Серии Х. Гульванесян. М.: МСГУ, 2012. 224 с.

4Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Часть 1-8. Расчет соединений. Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь. Минск, 2010;

Eurocode 3. Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings. Authority: The European Union Per Regulation 305/2011, Directive 98/34/EC, Directive 2004/18/EC. March, 2009.

5Руководство для проектировщиков к Еврокоду 1990: Основы проектирования сооружений / пер. с англ. Х. Гульванесян, Ж.-А. Калгаро, М. Голицки. М.: МГСУ, 2011. 258 с.

Том 10 № 3 2020

с. 406-419 Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Vol. 10 No. 3 2020 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate pp. 406-419_

ISSN 2227-2917

ISSN 2227-2917 Том 10 № 3 2020 416 (PRINT) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 406-419 416 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 10 No. 3 2020 _(ONLINE)_pp. 406-419

Устойчивость

Нзгцузки Форма Коэффициент H

LEI 1 5.92

г S.02

3 S.03

4 sei

S S.9S

6 7гая

Рис. 17. Коэффициенты запаса при потере устойчивости Fig. 17. Safety factors in case of loss of stability

Выводы

На основании выполненного расчета можно сделать следующие выводы:

1. Программа IDEA StatiCA отлично справляется с поставленными перед ней задачами, она. достаточно проста в навигации и на выходе дает разнообразную информацию с пояснениями и расчетами по российским нормам.

2. Серийные узлы нуждаются в дополнительной проверке со стороны проектировщика в соответствии с современными нормами и методами расчета. В частности, это касается конструктивных требований.

3. В результате расчета узлового соединения может появиться необходимость корректировки расчетной схемы пространственной рамы каркаса, вследствие потери местной или общей устойчивости элементами соединения.

4. Для увеличения несущей способности узлового соединения можно произвести следующие операции: изменить диаметры болтов с М24 на М27, расположив болты с соблюдением необходимых рас-

стояний согласно действующим нормам; увеличить сечение и толщину фланца с одновременным «растаскиванием» перегруженных болтов от угла «стенка-полка» ригеля.

Также рекомендуется увеличение размеров верхнего ребра для лучше включения его в работу (длина ребра ~ 2-3 высоты ребра); постановка дополнительных вертикальных ребер на приопорном участке ригеля и наклонного ребра на стенке колонны с целью предотвращения местной потери устойчивости.

5. При проектировании соединений узлов стальных конструкций использование IDEA StatiCa позволяет увеличить правильность принятия решений не только в узлах необычной конфигурации, но и при проектировании типовых узлов, а также всесторонне оценить несущую способность получившего соединения.

Интеграция с программами для 3D моделирования (Tekla, Advance Steel и проч.), а также достаточно большая библиотека встроенных узлов позволяют сократить затраты на моделирование и анализ соединений.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бароев Р.В. Расчет узлов стальных конструкций компонентным методом конечных элементов // CADmaster. 2019. № 3 (91). С. 95-101.

2. Wald F. Benchmark cases for advanced design of structural steel connections. Prague: Czech Technical University, 2020. 245 p.

3. Wald F., Sokol Z., Steenhouis M., Jaspart J.P. Component Method for Steel Column Bases // Heron. 2008. Vol. 53. Issue 1/2. P. 3-20.

4. Игнатьев А.В. Основные формулировки метода конечных элементов в задачах строительной механики. Часть 1 // Вестник МГСУ. 2014. №11. С. 37-57.

6. Катюшин В.В. Здания с каркасами из

стальных рам переменного сечения (расчет, проектирование, строительство). М.: Стройиздат, 2005. 656 с.

5. Wald F., Kwasniewski L., Godrichn L., Kurejkova M. Validation and Verification Procedures for Connection Design in Steel Structures // 12th International Conference on Steel, Space and Composite Structures (28-30 May 2014, Praque, Czech Republic). 2014.

7. Landolfo R. Design of Steel Structures for Buildings in Seismic Areas. ECCS Eurocode Design Manual. John Wiley & Sons Limited, 2017.

8. Троицкий П.Н., Левитанский И.В. Исследование действительной работы сварного рамного узла крепления и рекомендации по его расчету.

Том 10 № 3 2020 ISSN 2227-2917

M.: ^MMnpoeKTCranbKOHCTpyKqMfl, 1977. 132 c.

9. Tartaglia R., D'Aniello M. Nonlinear performance of extended stiffened end-plate bolted beam-to-column joints subjected to column removal // The Open Civil Engineering Journal. 2017. Vol. 11. Issue Suppl-1. P. 369-383.

10. Godrich L., Wald F., Kabelac J., Kurikova M. Design finite element model of a bolted T-stub connection component // Journal of Constructional Steel Research. 2019. № 157. P. 198-206. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2019.02.031

11. Wald F. Column Bases. Prague: CTU Publ. House, 1995.

12. Wu Z., Zhang S., Jiang S. Simulation of tensile bolts in finite element modelling of semi-rigid beam-to-column connections // International

Journal of Steel Structures. 20102. Vol. 12. № 3. P. 339-350.

13. Stratan A., Maris C., Dubina D., Neagu C. Experimental prequalification of bolted extended end plate beam to column connections with haunches. ce/papers. 2017. Vol. 1. № 2-3. P. 414-423. https://doi.org/10.1002/cepa.77

14. Jones S.L., Fry G.T., Engelhardt M.D. Experimental evaluation of cyclically loaded reduced beam section moment connections // Journal of Structural Engineering. 2002. Vol. 128. № 4. P. 441-451.

15. Kurejkova M., Wald F., Kabelac J. Design of slender compressed plates in structural steel joints by component based finite element method // SDSS 2019: International Colloquium on Stability and Ductility of Steel Structures. Prague, 2019.

REFERENCES

1. Baroev RV. Calculation of steel structure nodes using the component finite element method. CADmaster. 2019;3:95-101. (In Russ.)

2. Wald F. Benchmark cases for advanced design of structural steel connections. Prague: Czech Technical University; 2020. 245 p.

3. Wald F, Sokol Z, Steenhouis M, Jaspart JP. Component Method for Steel Column Bases. Heron. 2008;53(1/2):3-20.

4. Ignat'ev AV. Essential fem statements applied to structural mechanics problems. Part 1. Vestnik MGSU. 2014;11:37-57. (In Russ.)

5. Wald F, Kwasniewski L, Godrichn L, Kurejkova M. Validation and Verification Procedures for Connection Design in Steel Structures. 12th International Conference on Steel, Space and Composite Structures. 28-30 May 2014, Praque, Czech Republic. 2014.

6. Katyushin VV. Buildings with frames made of steel frames of variable cross-section (calculation, design, construction). Moscow: Stroyizdat; 2005. 656 p. (In Russ.)

7. Landolfo R. Design of Steel Structures for Buildings in Seismic Areas. ECCS Eurocode Design Manual. John Wiley & Sons Limited; 2017.

8. Troitsky PN, Levitansky IV. Investigation of the actual operation of the welded frame attachment unit and recommendations for its calculation. Moscow: TsNIIproektstal'konstruktsiya; 1977. 132 p. (In Russ.)

9. Tartaglia R, D'Aniello M. Nonlinear performance of extended stiffened end-plate bolted beam-to-column joints subjected to column removal. The Open Civil Engineering Journal. 2017:11 (Suppl-1):369-383.

10. Godrich L, Wald F, Kabelac J, Kurikova M. Design finite element model of a bolted T-stub connection component. Journal of Constructional Steel Research. 2019;157:198-206. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2019.02.031

11. Wald F. Column Bases. Prague: CTU Publ. House; 1995.

12. Wu Z, Zhang S, Jiang S. Simulation of tensile bolts in finite element modelling of semi-rigid beam-to-column connections. International Journal of Steel Structures. 2012;12(3):339-350.

13. Stratan A, Maris C, Dubina D, Neagu C. Experimental prequalification of bolted extended end plate beam to column connections with haunches. ce/papers. 2017;1(2-3):414-423. https://doi.org/10.1002/cepa.77

14. Jones SL, Fry GT, Engelhardt MD. Experimental evaluation of cyclically loaded reduced beam section moment connections. Journal of Structural Engineering. 2002;128(4):441-451.

15. Kurejkova M, Wald F, Kabelac J. Design of slender compressed plates in structural steel joints by component based finite element method. SDSS 2019: International Colloquium on Stability and Ductility of Steel Structures. Prague; 2019.

Критерии авторства

Мельников Д.А., Дмитриева Т.Л. имеют равные авторские права и несут равную ответственность за плагиат.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Contribution

Melnikov D.A., Dmitrieva T.L. have equal author's rights and bear the responsibility for plagiarism.

ISSN 2227-2917 Том 10 № 3 2020 418 (PRINT) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 406-419 418 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 10 No. 3 2020 _(ONLINE)_pp. 406-419

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Сведения об авторах

Мельников Денис Андреевич,

студент,

Институт архитектуры, строительства и дизайна,

Иркутский национальный исследовательский технический университет,

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия,

e-mail: denis_irkutsk2010@mail.ru ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3891-4719

Дмитриева Татьяна Львовна,

доктор технических наук, доцент, заведующая кафедрой механики и сопротивления материалов, Институт архитектуры, строительства и дизайна,

Иркутский национальный исследовательский технический университет,

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия,

Se-mail: dmitrievat@list.ru

ORCID: http://orcid.org/0000-0002-4622-9025

Conflict of interests

The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.

The final manuscript has been read and approved by all the co-authors.

Information about the authors

Denis A. Melnikov,

Student,

Architecture, Construction and Design Institute, Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk 664074, Russia, e-mail: denis_irkutsk2010@mail.ru ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3891-4719

Tatyana L. Dmitrieva,

Dr. Sci. (Eng.), Associate Professor,

Head of Department of Mechanics

and Resistance of Materials,

Architecture, Construction and Design Institute,

Irkutsk National Research Technical University,

83 Lermontov St., Irkutsk 664074, Russia,

He-mail: dmitrievat@list.ru

ORCID: http://orcid.org/0000-0002-4622-9025

Том 10 № 3 2020 ISSN 2227-2917

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.