Особливості дослідження напружено-деформівного стану будівельних сталевих перфорованих балок методом скінчених елементів

Abstract

Проаналізовано переваги та недоліки перфорованих балок, наведено області їх застосування в будівництві при зведенні та реконструкції будівель і споруд. Наведено огляд конструктивних рішень перфорованих балок, що застосовуються в будівництві, який вказує на велике різноманіття їх форм та розташування їх вирізів. Вказано, що найоптимальніші варіанти перфорованих балок можливі лише після аналізу впливу різних елементів конструктивного оформлення на напруженодеформівний стан та стійкість балок. Сюди віднесено вид перфорації – одно- чи дворядну; форму вирізів – шестикутну, круглу, овальну, синусоїдальну та ін., взаємне розташування вирізів, а також їх відносну висоту. Кожна з форм вирізів має свої переваги та недоліки. Зазначено, що для оптимального використання перфорованих балок, які мають різну конфігурацію вирізів у стінці, проводять дослідження їх напружено-деформівного стану та стійкості. Одним з найефективніших методів розрахунку перфорованих балок з новими видами вирізів є метод скінчених елементів. Проведено порівняльні дослідження прогинів балок та оцінювання напружень у зонах круглих отворів за допомогою сучасних спеціалізованих програм ANSYS, SolidWorks, ЛІРА-САПР. На основі літературного огляду встановлено, що важливим чинником для отримання точних результатів досліджуваних параметрів має розмір сітки скінчених елементів. Застосовано дві моделі створення сітки скінчених елементів: регулярну з розміром скінченого елемента 20 мм та модифіковану – з глобальною сіткою скінчених елементів 20 мм та для деталізації зон концентрації напружень біля кромок отворів зі згущенням елементів розміром 2 мм. Застосування модифікованої сітки скінчених елементів дозволило уточнити величину прогинів та напружень у досліджуваних програмних комплексах при раціоналізації часу обчислень.

The advantages and disadvantages of perforated beams are analyzed, the areas of their application during construction and reconstruction of buildings and structures are given. A comparative assessment of the stress-strain state of cellular beams using a modified mesh of elements was carried out using the finite element method in the specialized software packages ANSYS, SolidWorks, LIRA.