Deformation behavior simulation of a sub-rafter welded truss

Abstract

Досліджено прогин зварної підкроквяної ферми при дії на вузли верхнього пояса зовнішніх статичних навантажень. Натурний силовий та комп’ютерний моделюючий експерименти виконано на фізичній моделі прямокутної підкроквяної зварної ферми з розмірами 2000х400 мм, виготовленої з кутникового профілю 40х40х4 мм зі сталі ВСт3пс. Конструкцію фізичної моделі розроблено з дотриманням класичних принципів теорії подібності. Схема базування й навантажування фізичної моделі відповідає умовам експлуатації підкроквяної ферми. За результатами натурного силового та комп’ютерного моделюючого експериментів отримано чисельну та графічну інформаційні бази про величину прогину досліджуваної конструкції при її зовнішньому навантажуванні від 2,5 кН до 45 кН. Виявлено, що при таких навантаженнях прогин досліджуваної конструкції є в лінійній залежності з прикладеними до ферми зусиллями. При цьому результати, отримані комп’ютерним моделюючим експериментом, співпадають з результатами прямого силового експерименту на рівні 94,2%. Крім того, комп’ютерним моделюючим експериментом досліджено деформаційну поведінку фізичної моделі ферми за межами лінійного діапазону її деформування й визначено напруження вздовж нижнього пояса. Виявлено, що максимальні напруження локалізуються у приопорних вузлах на нижньому поясові ферми. Визначено граничні навантаження на ферму, що зумовлюють формування граничного стану конструкції. Використану методику комп’ютерного моделювання параметрів напружено-деформівного стану підкроквяної зварної ферми, прийняті при моделюванні параметри скінченно-елементної моделі та отримані результати досліджень доцільно застосовувати для визначення конструктивних параметрів елементів фермових конструкцій при їх проєктуванні. Це забезпечить високу достовірність отриманих результатів, а, отже, потрібну тримкість зварних підкроквяних ферм упродовж їх експлуатації

The deflection of a welded sub-rafter truss under external static loads applied to the nodes of the upper chord was investigated. Experimental force testing and computer simulation experiments were conducted on a physical model of the truss with dimensions of 2000x400 mm. Based on the study results, numerical and graphical data sets were obtained regarding the deflection of the investigated truss under external loads ranging from 2.5 kN to 45 kN. The results from the computer simulation closely matched those from the experimental force testing, with a 94.2% correlation, indicating linear deformation behavior. Furthermore, computer modeling was used to study the truss's deformation behavior under higher loads, identifying the locations of maximum stress concentration. The study also determined the load limits that induce the structure's ultimate state. The methodology and findings are recommended for designing such trusses to ensure high accuracy in results, thus providing the necessary durability of welded sub-rafter trusses throughout their service life