Анализ напряженно-деформированного состояния стальных гофрированных двутавровых балок, предварительно напряженных вытяжкой нижнего пояса

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.

1. Надольский 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: 10.22227/1997-0935.2022.6.693-706

2. Макеев С.А., Силина Н.Г. Разработка методики уточненного расчета гофробалок на общую устойчивость // Промышленное и гражданское строительство. 2020. № 12. С. 52–60. DOI: 10.33622/0869-7019.2020.12.52-60

3. 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: 10.22227/1997-0935.2021.6.676-687

4. 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.

5. 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.

6. 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: 10.31675/1607-1859-2020-22-2-104-111

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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: 10.24866/2227-6858/2021-2-8

11. Кравчук В.А., Левина Г.В. Эффективность предварительно напряженных стальных тонкостенных балок // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2016. № 1 (40). С. 45–54.

12. Кравчук В.А., Кравчук Е.В. Развитие исследований предварительно напряженных строительных металлических конструкций // Вестник гражданских инженеров. 2019. № 6 (77). С. 86–92.