ISSN 2541-7592

НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Русский 
English 
    
 


Правила написания
и оформления статей

Правила
рецензирования

Памятка рецензента


Публикационная
этика 








Нашли ошибку на сайте?

Сообщите нам:   







 

Архив выпусков

Выпуск 1 (57), 2020


Силовая работа опорного узла стальной двутавровой балки


Кузнецов Д. Н., Григораш В. В.


Кузнецов Д. Н., ст. преп. кафедры металлических и деревянных конструкций, Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, тел.: +7-910-346-89-12, e-mail: kuznecov82@bk.ru

Григораш В. В., канд. техн. наук, доц. кафедры металлических и деревянных конструкций, Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, e-mail: grigorash52@inbox.ru

 
 
Постановка задачи. Для расчета прочности несущей балки важно точно определить напряженно-деформированное состояние в опорном узле. Необходимо рассмотреть возможность передачи части изгибающего момента из середины пролета в опорный узел. Уменьшение изгибающего момента в пролете позволит добиться увеличения показателей материалоемкости. 
Результаты. В вычислительном комплексе SCAD Office рассчитаны модели из объемных конечных элементов двух совместно работающих балок пролетом по 9 м. Определено напряженно-деформированное состояние элементов опорных узлов, вычислен изгибающий момент от частичного защемления. Выявлено уменьшение величины изгибающего момента в середине пролета. Получены усилия в болтовых соединениях. Представлены рекомендации по конструктивному усилению опорного узла. 
Выводы. Полученные результаты численного расчета указывают на частичное защемление балок в опорном узле, что приводит к появлению концентрации напряжений растяжения на опорных участках стенки балки и уменьшает напряжения в середине пролета. Существует возможность уменьшения поперечного сечения балки. Выявлены значительные усилия растяжения в болтах крайнего верхнего ряда. Существует необходимость конструктивного усиления опорного узла.
 
Ключевые слова: двутавровая стальная балка, опорный узел балки, компьютерная модель стальной балки, напряженно-деформированное состояние балки, силовая работа опорного узла, частичное защемление в узле.


DOI: 10.25987/VSTU.2020.57.1.001

 

Библиографический список

1. Белостоцкий, А. М. Расчетное исследование параметров механической безопасности высотного (404 метра) жилого комплекса «One Tower» в деловом центре «Москва-Сити». / А. М. Белостоцкий, П. А. Акимов, Д. С. Дмитриев, А. И. Нагибович, Н. О. Петряшев, С. О. Петряшев // Academia. Архитектура и строительство. — 2019. — № 3. — С. 122—129.
2. Варданян, Г. С. Сопротивление материалов / Г. С. Варданян, Н. М. Атаров, А. А. Горшков — М.: ИНФРА-М, 2003. — 480 с.
3. Галлагер, Р. Метод конечных элементов. Основы / Р. Галлагер — М.: Изд-во Мир, 1984. — 428 с.
4. Зенкевич, О. Конечные элементы и аппроксимация / О. Зенкевич, К. Морган — М.: МИР, 1986. — 318 с.
5. Игнатьев, А. В. Анализ изгибаемых пластинок с односторонними связями по методу конечных элементов в форме классического смешанного метода / А. В. Игнатьев, В. А. Игнатьев, Е. А. Гамзатова // Изв. вузов. Строительство. — 2018. — № 8 (716). — С. 5—14.
6. Карпиловский, В. С. SCAD Office. Вычислительный комплекс SCAD / В. С. Карпиловский, Э. З. Криксунов, А. А. Маляренко, М. А. Микитаренко, А. В. Перельмутер, М. А. Перельмутер. — М.: ACB, 2007. — 592 c.
7. Левенко, В. Ф. О расчете шарнирно-стержневых систем с односторонними связями / В. Ф. Левенко // Изв. вузов. Строительство и архитектура. — 1971. — № 7. — С. 67—70.
8. Ляхович, Л. С. Роль парадоксов в оценке корректности расчетных моделей / Л. С. Ляхович, А. В. Перельмутер, В. И. Сливкер // Вестник ТГАСУ. — 2013. — № 2. — С. 121—131.
9. Норри, Д. Введение в метод конечных элементов / Д. Норри, Ж. де Фриз — М.: Изд-во Мир, 1981. — 304 с.
10. Рабинович, И. М. Курс строительной механики стержневых систем. Ч. 1. / И. М. Рабинович — М.: Гос. Изд-во стр. лит-ры, 1950. — 387 с.
11. Свентиков, А. А. Адаптация результатов численного метода расчета к нормативной методике проверки местной устойчивости стенки стальной балки двутаврового сечения / А. А. Свентиков, Д. Н. Кузнецов // Строительная механика и конструкции. — 2019. — № 1 (20) — С. 60—70.
12. Свентиков, А. А. Анализ влияния ребер жесткости на местную устойчивость стенки и устойчивость стальной рамы двутаврового переменного по высоте сечения / А. А. Свентиков, Д. Н. Кузнецов // Строительная механика и конструкции. — 2018. — № 1 (16). — С. 75—85.
13. Складнев, Н. Н. Оптимальное проектирование конструкций и экономия материальных ресурсов / Н. Н. Складнев // Приложение к журналу «Строительная механика и расчет сооружений». — № 6. — 1982. — С. 17—21.
14. Теплых, А. В. Применение оболочечных и объемных элементов при расчетах строительных стальных конструкций в программах SCAD и Nastran c учетом геометрической и физической нелинейности / А. В. Теплых // Инженерно-строительный журнал. — 2011. — № 3. — С. 4—20.
15. Троицкий, П. Н. Опорные соединения разрезных балок на вертикальных накладках, привариваемых к стенке балки (узлы УНС) / П. Н. Троицкий, И. В. Левитанский // Информационный реферативный сборник. — 1970. — № 4 (24). — С. 2—68.
16. Туснин, А. Р. Работа симметричных двутавровых сечений при развитии пластических деформаций и действии изгибающего момента и бимомента / А. Р. Туснин, М. Прокич // Инженерно-строительный журнал. — 2014. — №5 — С. 44—53.
17. Туснина, В. М. К вопросу действительной работы податливых узлов стальных каркасов многоэтажных зданий / В. М. Туснина, А. А. Коляго // Промышленное и гражданское строительство. — 2018. — № 2. — С. 28—34.
18. Туснина, О. А. Жесткость рамных узлов сопряжения ригеля с колонной коробчатого сечения / О. А. Туснина, А. И. Данилов // Инженерно-строительный журнал. — 2016. — № 4 (64). — С. 40—51.
19. Perelmuter, A. V. Optimization of the overload-protection degree / A. V. Perelmuter, T. Y. Veriuzhska // Engineering Optimization IV — London: Taylor & Francis Group, 2014. — P. 529—532.
20. Sventikov, A. Evaluation of the Influence of the Stiffeners on the Overall Stability of the Variable-Rigidity Steel Frame Using FEM / A. Sventikov, D. Kuznetsov // International science conference Far East Con 2018: Materials Science and construction. — 2018. — Part 2. — P. 1—6 — 463 022091 — DOI: 10.1088/1757—899X/463/2/022091.
21. Trubina, D. Geometric nonlinearity of the thin-walled profile under transverse bending / D. Abdulaev, E. Pichugin, V. Rybokov // Applied Mechanics and Materials. 2014. — Vol. 633—634. — P. 1133—1139.
22. Volkov, A. A. Оptimal design of the steel structure by the sequence of partial optimization / A. A. Volkov, A. A. Vasilkin // Procedia Engineering. — 2016. — Vol. 153. — Р. 850—855.
23. Zienkiewicz, O. Three-Dimensional Stress Analysis / O. Zienkiewicz, B. Irons, F. C. Scott, J. S. Campbell // Proc. Of Symp. High Speed Computing of Elastic Structures, Univ. of Liege, Belgium. — 1970. — Part 1. — P. 413—432.

 
 

Ссылка для цитирования

Кузнецов, Д. Н. Силовая работа опорного узла стальной двутавровой балки / Д. Н. Кузнецов, В. В. Григораш // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2020. - № 1 (57). - С. 11-21. - DOI: 10.25987/VSTU.2020.57.1.001.

 
 
 
 

English version 

 

Work Power of the Support Unit of the Steel I-Beam

Kuznetsov D. N., Grigorash V. V.
 
 

Kuznetsov D. N., Senior Lecturer of the Dept. of Metal and Wooden Constructions, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, tel.: +7-910-346-89-12, e-mail: kuznecov82@bk.ru

Grigorash V. V., Ph. D. in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Metal and Wooden Constructions, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, e-mail: grigorash52@inbox.ru


 
Statement of the problem. In order to calculate the strength of the supporting beam, it is important to accurately determine the stress-strain state in the support node. There is a need to consider the possibility of transferring part of the bending moment from the middle of the span to the support node. A reduction in the bending moment in the span will allow the indicators of material consumption to be increased. 
Results. In the SCAD Office software models of volumetric finite elements of two working beams with a span of 9 m each were calculated. The stress-strain of the elements of the support nodes was determined, the bending moment from partial pinching was calculated. A decrease in the value of the bending moment in the middle of the span was observed. The efforts in bolted connections are obtained. Recommendations on the structural reinforcement of the support node are presented. 
Conclusions. The results of numerical calculations indicate a partial pinching of the beams in the support node, which leads to the appearance of a concentration of tensile stresses on the supporting sections of the beam wall and reduces stresses in the middle of the span. There is a possibility of reducing the cross section of the beam. Significant tensile forces in the bolts of the extreme upper row were revealed. There is a need for structural reinforcement of the support node.
 
Keywords: I-beam steel beam, node of the beam, computer model of the steel beam, stress-strain state of the beam, work power of the support node, partial pinching in the node. 


DOI: 10.25987/VSTU.2020.57.1.001

References

1. Belostotskii, A. M. Raschetnoe issledovanie parametrov mekhanicheskoi bezopasnosti vysotnogo (404 metra) zhilogo kompleksa «One Tower» v delovom tsentre «Moskva-Siti». / A. M. Belostotskii, P. A. Akimov, D. S. Dmitriev, A. I. Nagibovich, N. O. Petryashev, S. O. Petryashev // Academia. Arkhitektura i stroitel'stvo. — 2019. — № 3. — S. 122—129. 
2. Vardanyan, G. S. Soprotivlenie materialov / G. S. Vardanyan, N. M. Atarov, A. A. Gorshkov — M.: INFRA-M, 2003. — 480 s. 
3. Gallager, R. Metod konechnykh elementov. Osnovy / R. Gallager — M.: Izd-vo Mir, 1984. — 428 s. 
4. Zenkevich, O. Konechnye elementy i approksimatsiya / O. Zenkevich, K. Morgan — M.: MIR, 1986. — 318 s. 
5. Ignat'ev, A. V. Analiz izgibaemykh plastinok s odnostoronnimi svyazyami po metodu konechnykh elementov v forme klassicheskogo smeshannogo metoda / A. V. Ignat'ev, V. A. Ignat'ev, E. A. Gamzatova // Izv. vuzov. Stroitel'stvo. — 2018. — № 8 (716). — S. 5—14. 
6. Karpilovskii, V. S. SCAD Office. Vychislitel'nyi kompleks SCAD / V. S. Karpilovskii, E. Z. Kriksunov, A. A. Malyarenko, M. A. Mikitarenko, A. V. Perel'muter, M. A. Perel'muter. — M.: ACB, 2007. — 592 c. 
7. Levenko, V. F. O raschete sharnirno-sterzhnevykh sistem s odnostoronnimi svyazyami / V. F. Levenko // Izv. vuzov. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 1971. — № 7. — S. 67—70. 
8. Lyakhovich, L. S. Rol' paradoksov v otsenke korrektnosti raschetnykh modelei / L. S. Lyakhovich, A. V. Perel'muter, V. I. Slivker // Vestnik TGASU. — 2013. — № 2. — S. 121—131. 
9. Norri, D. Vvedenie v metod konechnykh elementov / D. Norri, Zh. de Friz — M.: Izd-vo Mir, 1981. — 304 s. 
10. Rabinovich, I. M. Kurs stroitel'noi mekhaniki sterzhnevykh sistem. Ch. 1. / I. M. Rabinovich — M.: Gos. Izd-vo str. lit-ry, 1950. — 387 s. 
11. Sventikov, A. A. Adaptatsiya rezul'tatov chislennogo metoda rascheta k normativnoi metodike proverki mestnoi ustoichivosti stenki stal'noi balki dvutavrovogo secheniya / A. A. Sventikov, D. N. Kuznetsov // Stroitel'naya mekhanika i konstruktsii. — 2019. — № 1 (20) — S. 60—70. 
12. Sventikov, A. A. Analiz vliyaniya reber zhestkosti na mestnuyu ustoichivost' stenki i ustoichivost' stal'noi ramy dvutavrovogo peremennogo po vysote secheniya / A. A. Sventikov, D. N. Kuznetsov // Stroitel'naya mekhanika i konstruktsii. — 2018. — № 1 (16). — S. 75—85. 
13. Skladnev, N. N. Optimal'noe proektirovanie konstruktsii i ekonomiya material'nykh resursov / N. N. Skladnev // Prilozhenie k zhurnalu «Stroitel'naya mekhanika i raschet sooruzhenii» № 6. 1982. S. 17—21. 
14. Teplykh, A. V. Primenenie obolochechnykh i ob"emnykh elementov pri raschetakh stroitel'nykh stal'nykh konstruktsii v programmakh SCAD i Nastran c uchetom geometricheskoi i fizicheskoi nelineinosti / A. V. Teplykh // Inzhenerno-stroitel'nyi zhurnal. — 2011. — № 3. — S. 4—20. 
15. Troitskii, P. N. Opornye soedineniya razreznykh balok na vertikal'nykh nakladkakh, privarivaemykh k stenke balki (uzly UNS) / P. N. Troitskii, I. V. Levitanskii // Informatsionnyi referativnyi sbornik. — 1970. — № 4 (24). — S. 2—68. 
16. Tusnin, A. R. Rabota simmetrichnykh dvutavrovykh sechenii pri razvitii plasticheskikh deformatsii i deistvii izgibayushchego momenta i bimomenta / A. R. Tusnin, M. Prokich // Inzhenerno-stroitel'nyi zhurnal. — 2014. — № 5 — S. 44—53. 
17. Tusnina, V. M. K voprosu deistvitel'noi raboty podatlivykh uzlov stal'nykh karkasov mnogoetazhnykh zdanii / V. M. Tusnina, A. A. Kolyago // Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. — 2018. — № 2. — S. 28—34. 
18. Tusnina, O. A. Zhestkost' ramnykh uzlov sopryazheniya rigelya s kolonnoi korobchatogo secheniya / O. A. Tusnina, A. I. Danilov // Inzhenerno-stroitel'nyi zhurnal. — 2016. — № 4 (64). — S. 40—51. 
19. Perelmuter, A. V. Optimization of the overload-protection degree / A. V. Perelmuter, T. Y. Veriuzhska // Engineering Optimization IV — London: Taylor & Francis Group, 2014. — P. 529—532. 
20. Sventikov, A. Evaluation of the Influence of the Stiffeners on the Overall Stability of the Variable-Rigidity Steel Frame Using FEM / A. Sventikov, D. Kuznetsov // International science conference Far East Con 2018: Materials Science and construction. — 2018. — Part 2. — P. 1—6 — 463 022091 — DOI: 10.1088/1757—899X/463/2/022091. 
21. Trubina, D. Geometric nonlinearity of the thin-walled profile under transverse bending / D. Abdulaev, E. Pichugin, V. Rybokov // Applied Mechanics and Materials. 2014. — Vol. 633—634. — P. 1133—1139. 
22. Volkov, A. A. Optimal design of the steel structure by the sequence of partial optimization / A. A. Volkov, A. A. Vasilkin // Procedia Engineering. — 2016. — Vol. 153. — P. 850—855. 
23. Zienkiewicz, O. Three-Dimensional Stress Analysis / O. Zienkiewicz, B. Irons, F. C. Scott, J. S. Campbell // Proc. Of Symp. High Speed Computing of Elastic Structures, Univ. of Liege, Belgium. — 1970. — Part 1. — P. 413—432. 



 
Контакты · Поиск · Карта сайта
Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура, все права защищены.
Работает на: Amiro CMS