Расчет сжатых тонкостенных стержней по действующим нормативно-техническим документам разных стран

Введение. Рассматриваются методики определения расчетных значений несущей способности тонкостенного стержня, испытывающего деформацию сжатия, с учетом вероятной потери местной устойчивости по отечественным и европейским нормативным документам и по нормам Северной Америки.

Материалы и методы. Расчеты выполнены для тонкостенных холодногнутых С-образных стальных профилей. Использованы сбор и систематизация информационных данных, теоретическое обобщение материалов, полученных при анализе отечественных и зарубежных нормативно-технических документов, сравнительный и сопоставительный анализы.

Результаты. Проведено сравнение методов определения несущей способности тонкостенных стержней с учетом их местной потери устойчивости. Алгоритмы расчетов представлены в табличной форме; результаты также сведены в таблицы.

Выводы. В ходе анализа результатов, приняв в качестве эталона для сравнения несущую способность, определенную в соответствии с СП 260.1325800.2016, получено расхождение с EN 1993-1-3 5 и 12 % — с AISI S100–16. Построены графики зависимости несущей способности от геометрических характеристик сечения (высоты, ширины и толщины профиля), что дает наглядное представление в разности подходов к разработке нормативно-технических документов в разных странах.

1. Кинзябулатова Д.Ф., Порываев И.А., Недосеко И.В. Расчет устойчивости сжатых тонкостенных стержней С-образного сечения // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2022. № 4 (62). С. 108–118. DOI: 10.52409/20731523_2022_4_108. EDN JLMWXF.

2. Егоров А.В., Егоров В.Н. Расчетно-экспериментальное исследование продольной устойчивости конструкции тонкостенного плоского стержня // Инженерный журнал: наука и инновации. 2023. № 3 (135). DOI: 10.18698/2308-6033-2023-3-2256. EDN VFTQTU.

3. Чернявский И.Д. К устойчивости формы сечения стальных тонкостенных стержней из холодно-гнутых профилей типа «сигма» // Сборник конкур-сных научных работ студентов и магистрантов: в 2 частях. Брест : БрГТУ, 2022. Ч. 1. С. 310–314.

4. Советников Д.О., Азаров А.А., Иванов С.С., Рыбаков В.А. Методы расчета тонкостенных стержней: статика, динамика, устойчивость // Alfabuild. 2018. № 2 (4). С. 7–33. DOI: 10.34910/ALF.4.1

5. Zhang P., Shahria Alam M. Compression tests of thin-walled cold-formed steel columns with Σ-shaped sections and patterned perforations distributed along the length // Thin-Walled Structures. 2022. Vol. 174. DOI: 10.1016/j.tws.2022.109082

6. Туснина О.А. Особенности работы тонкостенного холодногнутого прогона С-образного сечения // Вестник МГСУ. 2014. № 10. С. 64–74. EDN SWJDYN.

7. Schafer B.W., Peköz T. The behavior and design of longitudinally stiffened thin-walled compression elements // Thin-Walled Structures. 1997. Vol. 27. Issue 1. Pp. 65–78. DOI: 10.1016/0263-8231(96)00016-x

8. Каюмов Р.А. Закритическое поведение сжатых стержней с нелинейно упругими опорами // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2022. № 3. С. 23–31. DOI: 10.15593/perm.mech/2022.3.03. EDN OERASD.

9. Rybakov V.A., Lalin V.V., Ivanov S.S., Azarov A.A. Coordinate functions quadratic approximation in V.I. Slivker’s semi-shear stability theory // Magazine of Civil Engineering. 2019. Nо. 5 (89). Pp. 115–128. DOI: 10.18720/MCE.89.10. EDN VJZIUK.

10. Ходева В.А. Устойчивость тонкостенной пластины в пределах упругости // Молодой исследователь Дона. 2022. № 5 (38). С. 61–65. EDN HIVJPU.

11. Von Karman T., Sechler E.E., Donnell L. The strength of thin plates in compression // Journal of Fluids Engineering. 1932. Vol. 54. Issue 2. Pp. 53–56. DOI: 10.1115/1.4021738

12. Winter G. Strength of thin steel compression flange // Transactions of the American Society of Civil Engineers. 1947. Vol. 112. Issue 1. Pp. 527–554. DOI: 10.1061/TACEAT.0006092

13. Schafer B.W., Peköz T. Computational modeling of cold-formed steel: characterizing geometric imperfections and residual stresses // Journal of Constructional Steel Research. 1998. Vol. 47. Issue 3. Pp. 193–210. DOI: 10.1016/S0143-974X(98)00007-8

14. Torabian S., Schafer B.W. Development and Experimental Validation of the Direct Strength Method for Cold-Formed Steel Beam-Columns // Journal of Structural Engineering. 2018. Vol. 144. Issue 10. DOI: 10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0002117

15. Anbarasu M. Structural performance of cold-formed steel composite beams // Steel and Composite Structures. 2018. Vol. 27. Issue 5. DOI: 10.12989/scs.2018.27.5.545

16. Зеньков Е.В. Особенности работы стоечного профиля из легких стальных тонкостенных конструкций на устойчивость // Международный научно-исследовательский журнал. 2021. № 3–1 (105). С. 54–59. DOI: 10.23670/IRJ.2021.105.3.009. EDN QKEEVM.

17. Надольский В.В., Дергачев М.Г. Метод эффективной ширины для тонкостенных холодноформованных элементов согласно требованиям Еврокода 3 // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Строительство. Прикладные науки. 2017. № 8. С. 105–111. EDN ZVZCYH.

18. Zhang P., Shahria Alam M. Experimental investigation and numerical simulation of pallet-rack stub columns under compression load // Journal of Constructional Steel Research. 2017. Vol. 133. Pp. 282–299. DOI: 10.1016/j.jcsr.2017.02.023

19. Jovanovic D., Zarkovic D., Dobric J. Design and application of cold-formed thin-walled members // Planning, design, construction and building renewal: scientific conference. 2018. Pp. 125–134.

20. Bezas M.Z., Demonceau J.F., Vayas I., Jaspart J.P. Compression tests on large angle columns in high-strength steel // Steel Construction. 2022. Vol. 15. Issue 1. Pp. 43–47. DOI: 10.1002/stco.202100051