Исследование общей устойчивости сварных двутавровых балок с поперечно-гофрированной стенкой сортамента ZEMAN

Введение. Сварные двутавровые балки с поперечно-гофрированной стенкой при загружении в плоскости стенки рассчитываются на общую устойчивость в соответствии с п. 20.6.3.11 СП 294.1325800.2017, Изм. 2 от 15.06.2021 г. Здесь рассчитывается на общую продольную устойчивость из плоскости стенки балки отдельно взятый центрально сжатый пояс балки как шарнирно опертый по концам элемент. При этом не учитывается совместная работа сжатого пояса со стенкой, опорными ребрами, растянутым поясом.
Цель работы. Показать расчетным путем на примерах шести балок, что если в сравнении с расчетом по СП 294.1325800.2017 учесть совместную работу сжатого пояса со стенкой, опорными ребрами, растянутым поясом, то расчетная критическая нагрузка общей потери устойчивости гофробалки будет больше. И это увеличение тем существенней, чем меньше высота гофробалки. При этом авторы ограничились рассмотрением балок с соотношением размеров и критических нагрузок, обеспечивающих при потере общей устойчивости работу стали в упругой стадии.
Материалы и методы. Расчетным путем исследована общая устойчивость серии разрезных балок с поперечно-гофрированной стенкой тремя способами: по СП 294.1325800.2017, в ПК ЛИРА-САПР путем моделирования балок оболочечными элементами, включая пояса, стенки и опорные ребра и по СП 16.13330.2017, считая эквивалентную по критерию «общая устойчивость» сварную двутавровую балку с плоской стенкой.
Результаты исследования. Приведены данные расчета критических нагрузок первой формы потери общей устойчивости шести разрезных балок сортамента Zeman высотой 333, 500, 750, 1000, 1250, 1500 мм пролетом 6,0 м тремя способами с загружением верхнего пояса, равномерно распределенной нагрузкой в плоскости стенки без раскреплений сжатого пояса в пролете и раскреплением опорных сечений из плоскости стенки и от поворота относительно оси балок.
Обсуждение и выводы. Для балок с высотой стенки 333 мм учет совместной работы сжатого пояса со стенкой, растянутым поясом, опорными ребрами показал увеличение критической нагрузки в сравнении с расчетом по СП 294.1325800.2017 на 24%. При увеличении высоты балок до 900–1000 мм разница значений критических нагрузок, вычисленных с учетом совместной работы элементов балки и по СП 294.1325800.2017, нелинейно снижается до 3%. А для гофробалок с высотой 1000–1500 мм эта разница составляет менее 3%, что показывает возможность выполнения расчетов балок с поперечно-гофрированной стенкой сортамента Zeman с высотой 1000–1500 мм на общую устойчивость с достаточной для инженерных расчетов точностью по СП 294.1325800.2017.

1. Максимов Ю. С. Стальные балки с тонкой гофрированной стенкой – эффективный вид несущих конструкций производственных зданий / Ю. С. Максимов, Г. М. Остриков // Промышленное строительство. 1984.№ 4. С. 10–11.

2. Дмитриева Т. Л. Использование балок с гофростенкой в современном проектировании / Т. Л. Дмитриева, Х. Уламбаяр // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2015. № 4(15). С. 132–139.

3. Брянцев А.А. Эффективность применения двутавров с гофрированными стенками в производственных зданиях / А. А. Брянцев, В. Э. Абсиметов, В. В. Лапин // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2017.№ 3(54). С. 93–104.

4. Заборова Д. Д., Дунаевская Ю. П. Преимущества и особенности применения гофробалки в строительстве / Д. Д. Заборова, Ю. П. Дунаевская // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014. № 7(22). С. 36–53.

5. Тишков Н. Л. Совершенствование конструкции стальной двутавровой балки с тонкой поперечно-гофрированной стенкой / Н. Л. Тишков, А. Н. Степаненко, И. Л. Шипелев, М. Б. Устименко // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2020. Т. 22, № 2. С. 104–111.

6. Остриков Г. М., Максимов Ю. С., Долинский В. В. Исследование несущей способности стальных двутавровых балок с вертикально гофрированной стенкой / Г. М. Остриков, Ю. С. Максимов, В. В. Долинский // Строительная механика и расчет сооружений. 1983. № 1. С. 68–70.

7. Denan F. The study of lateral torsional buckling behavior of beam with trapezoid web steel section by experimentally and finite element analysis / F. Denan, M.H. Osman, S. Saad // IJRRAS 2 (3). March. 2010. PP. 232-240.

8. Denan F. Nonliner analysis of triangular web profile steel section under bending behavior / F. Denan, K. K. Shoong, N. S. Hashim, C. W. Ken // Lecture Notes in Civil Engineering. 2019. № 9.pp. 463–472.

9. Васильев A. Л. Прочные судовые гофрированные переборки / A. Л. Васильев, М. К. Глозман, Е. А. Павлинова, Н. В. Филиппио. Л.: Судостроение, 1964. 316 с.

10. Максимов Ю. С. Легкие стальные конструкции покрытий производственных зданий // Экспресс информация. Алма–Ата: КазЦНТИС Госстроя КазС-СР. 1987.41 с.

11. Макеев С. А. Разработка методики уточненного расчета гофробалок на общую устойчивость / С. А. Макеев, Н. Г. Силина // Промышленное и гражданское строительство.2020. № 12. С. 50–58.

12. Макеев С. А. Методика расчета сварных двутавровых балок с поперечно-гофрированной стенкой на общую устойчивость / С. А. Макеев, Н. Г. Силина, А. А. Комлев, С. А. Матвеев // Промышленное и гражданское строительство. 2022. № 2. С.4–9.