Численное изучение напряжений и перемещений в арке из гофрированного U-образного тонкостенного профиля системы MIC-120 при загружении критической нагрузкой.
Ключевые слова: вальцованный U-образный профиль системы MIC-120, напряжения в арках, ветровая нагрузка, гидростатическое давление, критическая нагрузка в арках из вальцованных конструкций, компьютерное моделирование.
Numerical study of stresses and displacements in a corrugated U-shaped thin-walled arch of the MIC-120 system under critical load.
Keywords: rolled U-shaped profile of MIC-120 system, stresses in arches, wind load, hydrostatic pressure, critical load in arches of rolled structures, computer modeling.
Сравнив напряжения и перемещения в арках из гофрированного U образного с гладким Т образного сечений и учитывая численно жесткостные характеристики рекомендованными техническими условиями ТУ 5283–147–02494680–2004 определили необходимость учета коэффициента условий работы вальцованной конструкции [5]. Получив нормальные напряжения, превышающие предельные при загружении критической нагрузкой, определим величину предельной нагрузки, при которой перемещения и нормальные напряжения не будут превышать предельных значений [2].
Материалы и методы: По имеющейся твердотельной модели, выполненной в программном комплексе Solid Works в виде арочного вальцованного профиля U-образного сечения пролетом 18 м, загрузим распределенной нагрузкой для сравнения напряженного состояния и величины перемещений в арке [1]. Формы поперечных сечений показаны на рисунке 3 статьи. Арочные профили были рассчитаны методом конечных элементов и выявлены изменения напряжений и перемещений при изменении гидростатического давления.
Для определения напряжений и перемещений арочного профиля использовали модель пролетом 18м толщиной листа профиля 0,8мм в виде двухшарнирной статически неопределимой арки. Закрепляем связями верхние грани профилей из плоскости изгиба, учитывая, что в реальных конструкциях сводов соседние стенки профилей сцеплены и сдерживают друг друга. Загрузим арку критическим гидростатическими давлениями рассчитанному по 
[4]. В твердотельной модели загружение приложено к гофрированной нижней полке профиля, нормально граням.
Результаты вычислений по нормальным напряжениям отражены на графике№ 2. На графике 2 показано начало превышения предельного напряжения Ry = 35000 т/м2=343232,75кН/м2=343232750Н/м2 происходящем уже при 
. Пример распределения напряжений в узле крепления показан на рисунке 1 представлены цветовой графикой. Таким образом при нагрузке выше 
в конструкции надо учитывать усталость.
Сравним результаты расчетов по предельным перемещениям, изменения перемещений в зависимости от изменения нагрузки отражены на графике№ 1. Предельные перемещения наступают при 
.
Рис. 1.изменения перемещений от критической нагрузки в гофрированном арочном профиле полученных твердотельным моделированием пролетом 18м t=0,8мм. (при гидростатическом давлении)
Рис. 2.изменения напряжений от критической нагрузки в гофрированном арочном профиле полученных твердотельным моделированием пролетом 18м t=0,8мм. (при гидростатическом давлении)
Рис. 3.Эпюра распределения напряжений в узле закрепления вальцованной арки пролетом 18м t=0,8мм. при превышении предельных нормальных напряжений (при гидростатическом давлении)
Данные расчета получены при действии гидростатической нагрузки при закреплении стенок профилей конструкции из плоскости. При отсутствии диафрагм жесткости жесткость в плоскости работы уменьшается и напряжения меняются. Влияние воздействия закрепления из плоскости или жесткости из плоскости свода было показано ранее при сравнении перемещений и форм деформаций экспериментальных данных с численным расчетом [3].
Результаты: по результатам напряжениям и перемещений получены предельные значения от критической нагрузки для вальцованных тонкостенных конструкций при условии закрепления верхних граней из плоскости. Показаны эпюры распределения напряжений в узлах закрепления.
Обсуждения: величина нагрузки, при которой наступают превышения предельных напряжений значительно ниже теоретического значения критической нагрузки, но конструкция может нести нагрузки, превышающие критическую, и конструкция работает в состоянии усталости. Это являет собой предмет дополнительных исследований.
Выводы: получены максимально возможные предельные величины нагрузок от значения критической гидростатической нагрузки при наступлении предельных нормальных напряжений и перемещений.
Литература:
- Ю. А. Веселев, М. С. Карабутов Приведение вальцованного U-образного профиля с редуцированными жесткостными характеристиками к гладкому тавровому профилю. // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. -2012 год. № 1, -С.30–37.
- Ю. А. Веселев, М. С. Карабутов К вопросу о надежности тонкостенных металлических сводов из вальцованных профилей//«Строительство-2013» «Современные проблемы промышленного и гражданского строительства» «материалы международной научно-практической конференции». -Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2013. -43с.
- М. С. Карабутов Сравнение поведения твердотельно смоделированной арки из вальцованного U-образного профиля с результатами экспериментальных данных при действии ветрового давления. //Молодой ученый. -2019год.№ 40, –С16–19.
- Л. В. Старцева, В. Г. Архипов, А. А. Семенов СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА в примерах и задачах. –М.: Издательство АСВ, 2013. -224 с.
- М. С. Карабутов Численное сравнение напряженно деформированных состояний арки из вальцованного U-образного профиля и арки с приведенным Т-образным сечением полученным по редуцированным жесткостным характеристикам определенным твердотельным моделированием. //Молодой ученый. -2019год.№ 41.
