Численное определение предельно допустимой ветровой нагрузки на свод-арку из гофрированного U-образного тонкостенного профиля

Численное определение предельно допустимой нагрузки в своде-арке из гофрированного U-образного тонкостенного профиля при загружении ветровыми нагрузками.

Ключевые слова: напряжения в гофрированных и прямолинейных арочных элементах, быстровозводимые бескаркасные арочные здания, легкие конструкции, ангары, MIC-120.

Numerical determination of the maximum permissible load in the vault-arches made of a corrugated U-shaped thin-walled profile when loaded with wind loads.

Keywords: stresses in corrugated and rectilinear arch elements, prefabricated frameless arched buildings, light structures, hangars, MIC-120.

Определив предельно допустимые постоянные нагрузки на профиль, определим предельно допустимую ветровую нагрузку на профиль при различных схемах загружений по предельно допустимым перемещениям и нормальным напряжениям, в своде — арке Рис.1, закрепленного из плоскости в нижней полке, как элемент свода [1], [3]. Ветровая нагрузка взята по двум значениям по СП20.13330.2011 и полученная численным расчетом при обдувании в смоделированной аэродинамической трубе [2], [4].

Материалы и методы: По твердотельной модели, выполненной в программном комплексе Solid Works в виде свода — арке полетом 18м и подъемом 8,5м из вальцованного профиля U образного сечения, загрузим нагрузками для определения распределения напряженно деформированного состояния свода и предельно допустимой нагрузки с закреплением из плоскости. Арочные профили были рассчитаны методом конечных элементов с незакрепленными верхними полками из плоскости, что позволит максимально использовать поперечное сечение профиля. Загружение приложено к гофрированной нижней полке профиля.

Рис. 1. Сечения/расчетная схема для определения предельно допустимых нагрузок на свод

Рис. 2. Эпюра распределения нормальных напряжений [4]

Рис. 3. Эпюра распределения тангенциальных напряжений [4]

Рис. 4. Эпюра распределения перемещений [4]

Рис. 5. Эпюра распределения нормальных и тангенциальных напряжений в точках возникновения максимальных напряжений [4]

Результаты: численно определили предельно допустимые нагрузки при соприкасающихся нижних полках профилей в своде и при загружении свода не по всей длине, так как незагруженные профили с противоположной стороны направления верхних полок обеспечивают закрепление показанное на рис.1, при небольших нагрузках. В зависимости от формы зугружений предельная нагрузка отражена в таблице, эпюры распределения напряжений/перемещений показаны на рис.2–5, на которых отражена работа нижней/верхних, гофрированных/прямолинейных участков при работе по данной расчетной схеме и отсутствие влияния несимметричного поперечного сечения(Мкр). Распределение напряжения в нижней полке распределяются не симметрично относительно оси поперечного сечения нижней полки [1]. При отсутствии закрепления из плоскости будет учитываться не симметричное сечение (Мкр), а тангенциальные напряжения относительно максимальной точки подъема, после загружения, имеют разные знаки (М) (приблизительная величина предельно допустимой нагрузки по напряжениям (вычислена интерполяцией по одинаковым формам перемещений)). Предельные нагрузки приемлемы при условии закрепления всего поперечного сечения в узлах закрепления. При загружении ветровой нагрузкой выше полученных предельно допустимых, по напряжениям, конструкция может нести нагрузки но конструкция работает в состоянии усталости с накоплением остаточных деформаций, на примере загружения ветровой нагрузкой выше предельной 0,0004037 Н/мм2; -0,001281 Н/мм2; -0,000217 Н/мм2 максимальные перемещения в плоскости составили 297,4мм. и стенок из плоскости 11,6мм., в данном расчете больших перемещений не получено, при t=0,6мм [4]. В случае если ветровая нагрузка будет воздействовать не перпендикулярно к своду, то закрепление рис.1 не актуально и критическая нагрузка стримится к уменьшению в дополнении к влиянию несимметричного поперечного сечения.

Обсуждения: данные нагрузки уместны при данном соотношении стрелы подъема к пролету с закреплением всего поперечного сечения в основании, при данном пролете 18м.

Литература:

1. Карабутов М. С. Численное определение критической нагрузки по предельным перемещениям и напряжениям арки из гофрированного U-образного тонкостенного профиля при загружении гравитационной нагрузкой // Молодой ученый. — 2019. — № 43. — С. 19–22 — URL
2. Веселев Ю. А., Карабутов М. С. Результаты компьютерного расчета величины ветровой нагрузки, действующей на свод из вальцованных профилей// Строительная механика инженерных конструкций и сооружений.2019.том15. № 3. -193–200С.
3. Карабутов М. С. Численное определение предельно допустимой нагрузки на свод-арку из гофрированного U-образного тонкостенного профиля. // Молодой ученый. — 2020. — № 10.
4. СП20.13330.2011