Дослідження поведінки великопролітного металевого каркасу при дії особливих навантажень

Abstract

У магістерській роботі досліджено напружено-деформівний стан сталевих великопролітних каркасів ангарного типу для гвинтокрилів в умовах дії особливих навантажень – пожежі та внутрішнього вибуху. Об’єкт дослідження – ангар прольотом 111 м, призначений для зберігання, обслуговування та підготовки до польоту авіаційної техніки. Робота має практичну значущість, оскільки ангарні споруди належать до об’єктів підвищеної небезпеки, й вимагають особливої точності при проектуванні. Мета роботи полягає у визначенні оптимального розташування несучих конструкцій відносно покрівельних огороджувальних елементів (зовні або всередині) для забезпечення їх стійкості та мінімізації ушкоджень у разі надзвичайних ситуацій. Методологія дослідження ґрунтується на чисельному моделюванні в програмному комплексі SCAD Office із застосуванням методу скінченних елементів. Проведено моделювання двох варіантів конструктивної схеми та аналіз ефективності роботи каркасів за умов дії основних і особливих навантажень. Розглянуто алгоритм послідовного виходу з ладу елементів конструкції під час пожежі, а також вплив внутрішнього вибуху, з урахуванням геометрії ангару та зонального розміщення паливних приміщень. Результати показали, що внутрішнє розташування несучих елементів забезпечує більшу стійкість та менші переміщення конструкцій. Проведено підбір перерізів для оптимізації матеріаломісткості. Отримані дані рекомендовані до застосування у проектуванні промислових споруд підвищеної небезпеки.

This master's thesis investigates the stress-strain state of large-span steel helicopter hangar frames under special loads such as fire and internal explosion. The object of the study is a 111-meter-span hangar intended for storage, maintenance, and preparation of aviation equipment. The study is practically significant, as such facilities are classified as high-risk structures requiring high precision in design. The main goal is to determine the optimal arrangement of load-bearing elements relative to the roof enclosure (external vs. internal) to ensure structural stability and minimize damage during emergencies. The research is based on numerical modeling using the SCAD Office software with the finite element method. Two structural schemes were modeled and analyzed under standard and extreme loads. The algorithm of progressive structural failure during fire exposure was studied, as well as the impact of internal explosion, considering building geometry and fuel room locations. The results showed that internal placement of load-bearing structures improves stability and reduces deformations. Section optimization was also carried out to minimize material usage. The findings are applicable to the design and reconstruction of high-risk industrial facilities.