Введение.
На сегодняшний день тонкостенные конструкции получили широкое применение в строительной отрасли. Анализ жесткости, прочности и устойчивости таких конструкций является актуальной задачей и представляет высокий практический интерес. Рассмотрена методика численного анализа устойчивости центрально-сжатого двутаврового стержня при действии продольной силы и бимомента. Предмет исследования - центрально-сжатый стержень двутаврового профиля.
Материалы и методы.
В качестве расчетного инструмента выбран вычислительный комплекс Femap with NX Nastran. Изучены консольно закрепленные стальные стержни двутаврового профиля различных гибкостей в условиях центрального сжатия при действии бимомента. Класс применяемой стали С245. Для определения методики численного расчета использованы аналитические данные согласно методике Эйлера и нормативной методике расчета рассматриваемой конструкции по СП 16.13330.
Результаты.
Представлены результаты численных расчетов в геометрически и физически нелинейных постановках. Результаты численных расчетов тонкостенных стержней открытого профиля, загруженных не только продольной силой, но и бимоментом, сопоставлены с результатами аналитических расчетов.
Выводы.
По результатам численных расчетов в геометрически и физически нелинейных постановках приведены рекомендации по выбору сетки конечных элементов модели при варьируемой густоте. Выполнена оценка сходимости результатов при различных диаграммах работы стали. Дана оценка несущей способности сжатых консольных стержней при действии бимомента для исследуемых гибкостей за пределом упругости. Для учета упругопластической работы стали рекомендуется использование упрощенной диаграммы работы стали согласно нормам проектирования стальных конструкций СП 16.13330. Разработанную для центрально-сжатых стержней численную методику расчета предполагается распространить на центрально-сжатые закручиваемые тонкостенные стержни открытого профиля. Для проверки достоверности численных результатов в НИУ МГСУ планируется проведение цикла экспериментов по испытанию работы центрально-сжатых двутавров при действии на них, кроме продольной силы бимомента. Испытания будут проведены с использованием консольных двутавров 10Б1.
Introduction.
Today thin-walled structures are widely used in the construction industry. The analysis of their rigidity, strength and stability is a relevant task which is of particular practical interest. The article addresses a method for the numerical analysis of stability of an axially-compressed i-beam rod subjected to the axial force and the bimoment. An axially compressed i-beam rod is the subject of the study.
Materials and methods.
Femap with NX Nastran were chosen as the analysis toolkit. Axially compressed cantilever steel rods having i-beam profiles and different flexibility values were analyzed under the action of the bimoment. The steel class is C245. Analytical data were applied within the framework of the Euler method and the standard method of analysis pursuant to Construction Regulations 16.13330 to determine the numerical analysis method.
Results.
The results of numerical calculations are presented in geometrically and physically nonlinear settings. The results of numerical calculations of thin-walled open-section rods, exposed to the axial force and the bimoment, are compared with the results of analytical calculations.
Conclusions.
Given the results of numerical calculations, obtained in geometrically and physically nonlinear settings, recommendations for the choice of a variable density FEM model are provided. The convergence of results is estimated for different diagrams describing the steel behavior. The bearing capacity of compressed cantilever rods, exposed to the bimoment, is estimated for the studied flexibility values beyond the elastic limit. A simplified diagram, describing the steel behaviour pursuant to Construction regulations 16.13330, governing the design of steel structures, is recommended to ensure the due regard for the elastoplastic behaviour of steel. The numerical analysis method, developed for axially-compressed rods, is to be applied to axially-compressed thin-walled open-section rods. National Research Moscow State University is planning to conduct a series of experiments to test the behaviour of axially-compressed i-beams exposed to the bimoment and the axial force. Cantilever i-beams 10B1 will be used in experimental testing.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.