Дослідження напружено-деформованого стану тонкостінної металевої арки

Abstract

Магістерська кваліфікаційна робота присвячена дослідженню напружено-деформованого стану тонкостінної металевої арки при дії експлуатаційних навантажень з урахуванням особливостей роботи холодногнутих оцинкованих профілів. Актуальність теми зумовлена широким застосуванням легких сталевих тонкостінних конструкцій у промисловому, цивільному та аграрному будівництві, а також необхідністю підвищення достовірності оцінювання їх несучої здатності, деформативності та стійкості. У роботі проаналізовано особливості проєктування тонкостінних металевих арочних конструкцій, їх переваги й обмеження, а також нормативні та розрахункові підходи до оцінювання несучої здатності холодногнутих профілів відповідно до положень Eurocode 3. Розглянуто методику визначення геометричних характеристик брутто- та ефективного перерізу, вплив локальної, дисторсійної та згинально-крутильної втрати стійкості на роботу тонкостінних елементів. У науково-розрахунковій частині виконано скінченно-елементне моделювання арочної конструкції з тонколистової оцинкованої сталі з використанням програмного комплексу SCAD Office. Визначено характер розподілу внутрішніх зусиль, напружень і переміщень у конструкції, а також проаналізовано найбільш напружені зони та вплив геометричних параметрів арки на її просторову жорсткість. Отримані результати можуть бути використані при проєктуванні арочних конструкцій із легких сталевих тонкостінних профілів, уточненні розрахункових схем та підвищенні надійності інженерної оцінки таких систем.

The master's qualification thesis is devoted to the investigation of the stress-strain state of a thin-walled metal arch under operational loads, taking into account the behaviour of cold-formed galvanized profiles. The relevance of the topic is determined by the wide use of light steel thin-walled structures in industrial, civil and agricultural construction, as well as by the need to improve the reliability of assessing their load-bearing capacity, deformability and stability. The thesis analyses the design features of thin-walled metal arch structures, their advantages and limitations, and the regulatory and calculation approaches used to assess the resistance of cold-formed profiles in accordance with Eurocode 3. The work considers the procedure for determining gross and effective cross-sectional properties and the influence of local, distortional and flexural-torsional buckling on the behaviour of thin-walled members. In the analytical part, finite element modelling of an arch structure made of thin galvanized steel sheets was performed using the SCAD Office software package. The distribution of internal forces, stresses and displacements in the structure was determined, and the most stressed zones and the influence of the arch geometry on its spatial stiffness were analysed. The obtained results can be used in the design of arch structures made of light steel thin-walled profiles, in the refinement of calculation models and in improving the reliability of engineering assessment of such systems.