vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2024-26-2-123-131KGRKTUvestniktgasu-1624Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯBUILDING AND CONSTRUCTIONАнализ напряженно-деформированного состояния стальных гофрированных двутавровых балок, предварительно напряженных вытяжкой нижнего поясаStress-strain state of steel corrugated I-beams prestressed by flange drawingТишковН. Л.TishkovN. L.

Тишков Николай Леонидович, канд. техн. наук

680035, г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136

Nikolay L. Tishkov, PhD

136, Tikhookeanskaya Str., 680035, Khabarovsk

n.tishkov87@gmail.comФоминаА. С.FominaA. S.

Фомина Анастасия Сергеевна, студентка

680035, г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136

Anastasia S. Fomina, Student

136, Tikhookeanskaya Str., 680035, Khabarovsk

afomina425@gmail.comТихоокеанский государственный университетРоссияPacific National UniversityRussian Federation202424042024262123131Copyright © Тишков Н.Л., Фомина А.С., 20242024Тишков Н.Л., Фомина А.С.Tishkov N.L., Fomina A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/1624

Актуальность. Рациональное распределение материалов в конструкциях является актуальной научно-технической задачей. Гофрированные и предварительно напряжённые стальные конструкции зарекомендовали себя как эффективные и надежные. Данная работа направлена на совершенствование конструктивных решений балок двутаврового сечения с тонкой поперечно-гофрированной стенкой за счет создания предварительного напряжения в нижнем поясе.Цель исследования − изучение работы стальной двутавровой балки с тонкой гофрированной стенкой, предварительно напряженной вытяжкой нижнего пояса.В настоящей работе представлены конечно-элементные модели балок с гофрированными и плоской стенками (модель с плоской стенкой; базовая модель с поперечно-гофрированной стенкой; модель с нисходящими гофрами – угол наклона образующих гофров 20°; модель с восходящими гофрами – угол наклона образующих гофров 20°). Приведен способ задания предварительного напряжения на нижний пояс моделей балок при помощи отрицательного температурного воздействия. В ходе осуществленного численного эксперимента с использованием программного комплекса «ЛИРА-САПР» получены изополя распределения напряжений и деформированные схемы, выполнен сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния рассматриваемых моделей.Выводы. По результатам проведенного исследования установлено: картина распределения нормальных напряжений в поясах гофрированных балок с предварительным напряжением и без него под действием внешней нагрузки имеет незначительные отличия; предварительное напряжение дает значительные выгибы конструкций, при этом наибольший выгиб показывает гофрированная балка с восходящими гофрами.

The material distribution in structures is an urgent scientific and technical problem. Corrugated and prestressed steel structures are efficient and reliable.Purpose: The aim of this paper is to study the operation of steel I-beam with a thin corrugated wall, prestressed by flange drawing.Methodology/approach: Finite element modeling of beams with corrugated and flat walls (models with flat wall, transversely corrugated wall, downward corrugation at an angle of inclination 20 degrees, ascending corrugation at an angle of inclination 20 degrees). The proposed method is used for prestressing the lower beam flange using negative temperature effects. Numerical experiments in LIRA-SAPR software allow to obtain the stress distribution isofields and deformation patterns. A comparative analysis of the stress-strain state.Research findings: The normal stress distribution over flanges of corrugated beams with and without prestress under the external load has low difference. Prestress produces significant deflections of structures and the greatest deflection of the beam with ascending corrugations.

двутавровая балкагофрированная стенкапредварительное напряжениенапряженно-деформированное состояниеметод конечных элементовI-beamcorrugated wallprestressingstress-strain statefinite element methodReferencesНадольский В.В., Вихляев А.И. Оценка несущей способности балок с гофрированной стенкой методом конечных элементов при действии локальной нагрузки // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. № 6. С. 693–706. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.6.693-706Nadolsky V.V., Vikhlyaev A.I. FEM of load-bearing capacity of beams with corrugated wall under localized load. Vestnik MGSU. 2022; 17 (6): 693−706. DOI 10.22227/1997-0935.2022.6.693-706 (In Russian)Макеев С.А., Силина Н.Г. Разработка методики уточненного расчета гофробалок на общую устойчивость // Промышленное и гражданское строительство. 2020. № 12. С. 52–60. DOI: 10.33622/0869-7019.2020.12.52-60Makeev S.A., Silina N.G. Methodology development for refined strength analysis of corrugated beam. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2020; (12): 52−60. DOI: 10.33622/0869-7019.2020.12.52-60 (In Russian)Саиян С.Г., Паушкин А.Г. Численное параметрическое исследование напряженно-деформированного состояния двутавровых балок с различными типами гофрированных стенок // Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. № 6. С. 676–687. DOI: 10.22227/1997-0935.2021.6.676-687Saiyan S.G., Paushkin A.G. Numerical parametric study of stress-strain state of I-beams with various types of corrugated walls. Vestnik MGSU. 2021; 16 (6): 676−687. DOI: 10.22227/1997-0935.2021.6.676-687 (In Russian)Степаненко А.Н., Тишков Н.Л., Гузеев А.Ю. О размерах участков тонкой поперечно-гофрированной стенки стальной двутавровой балки, работающей на продольные усилия // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2016. № 3 (42). С. 43–50.Stepanenko A.N., Tishkov N.L., Guzeev A.Yu. Dimensions of sections of thin transversely corrugated wall of steel I-beam operating at longitudinal forces. Vestnik Tikhookeanskogo gosudarstvennogo universiteta. 2016; 3 (42): 43−50. (In Russian)Denan F., Shoong K.K., Hashim N.S., Ken C.W. Nonliner analysis of triangular web profile steel section under bending behavior // Lecture Notes in Civil Engineering. 2019. № 9. P. 463–472.Denan F., Shoong K.K., Hashim N.S., Ken C.W. Nonliner analysis of triangular web profile steel section under bending behavior. Lecture Notes in Civil Engineering. 2019; (9): 463−472.Тишков Н.Л., Степаненко А.Н., Шипелев И.Л., Устименко М.Б. Совершенствование конструкции стальной двутавровой балки с тонкой поперечно-гофрированной стенкой // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2020. Т. 22. № 2. С. 104–111. DOI: 10.31675/1607-1859-2020-22-2-104-111Tishkov N.L., Stepanenko A.N., Shipelev I.L., Ustimenko M.B. Structural improvement of steel I-beam with thin transversely corrugated wall. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta – Journal of Construction and Architecture. 2020; 22 (2): 104−111. DOI: 10.31675/1607-1859-2020-22-2-104-111 (In Russian)Митрофанов С.В., Митрофанов В.А. Работа балки с гофрированной стенкой с различными профилями гофрирования // Строительство и техногенная безопасность. 2017. № 9 (61). С. 87–92.Mitrofanov S.V., Mitrofanov V.A. Beam operation with various corrugation profiles. Stroitel'stvo i tekhnogennaya bezopasnost'. 2017; 9 (61): 87−92. (In Russian)Холопов И.С., Лукин А.О., Козырев П.Н. Совершенствование конструкции балки с гофрированной стенкой // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре : сборник статей / под ред. М.И. Бальзанникова, К.С. Галицкова, В.П. Попова. Самара : Самарский государственный архитектурно-строительный университет, 2015. С. 68–71.Kholopov I.S., Lukin A.O., Kozyrev P.N. Improved design of corrugated wall beam. In: Coll. Papers “Traditions and Innovations in Construction and Architecture”. M.I. Bal'zannikov, K.S. Galitskov, V.P. Popov, Eds., Samara, 2015. Pp. 68−71. (In Russian)Грачев В.А. Экспериментальное исследование металлодеревянной балки двутаврового сечения с поперечно-гофрированной стенкой // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительство : сборник статей. Самара : Самарский государственный технический университет, 2019. С. 41–49.Grachev V.A. Experimental study of a metal-wood beam of I-section with a transversely corrugated wall. In: Coll. Papers “Traditions and Innovations in Construction and Architecture”, Samara, 2019. Pp. 41–49. (In Russian)Тишков Н.Л., Степаненко А.Н., Захарова Я.Ю. Обоснование оптимального профиля поперечно-гофрированной стенки металлодеревянной двутавровой балки // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2021. № 2 (47). С. 75–81. DOI: 10.24866/2227-6858/2021-2-8Tishkov N.L., Stepanenko A.N., Zakharova Ya.Yu. Justification of the optimum profile of transversely corrugated wall of metal-wood I-beam. Vestnik Inzhenernoi shkoly Dal'nevostochnogo federal'nogo universiteta. 2021; 2 (47): 75−81. DOI 10.24866/2227-6858/2021-2-8 (In Russian)Кравчук В.А., Левина Г.В. Эффективность предварительно напряженных стальных тонкостенных балок // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2016. № 1 (40). С. 45–54.Kravchuk V.A., Levina G.V. Efficiency of prestressed steel thin-walled beams. Vestnik Tikhookeanskogo gosudarstvennogo universiteta. 2016; 1 (40): 45−54. (In Russian)Кравчук В.А., Кравчук Е.В. Развитие исследований предварительно напряженных строительных металлических конструкций // Вестник гражданских инженеров. 2019. № 6 (77). С. 86–92.Kravchuk V.A., Kravchuk E.V. Development of research into prestressed metal structures. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov. 2019; 6 (77): 86−92.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.