Проектирование стальных балок с отверстиями в стенках

Предметом настоящей дипломной работы является исследование проектирования стальных балок с крупными отверстиями в стенках. Работа состоит из теоретической части и проектно-исследовательской части.

балка с отверстиями

В теоретической части представлен обзор литературы и современное состояние знаний в области перфорированных балок. Рассматриваются эволюция и применение этих элементов, типовые формы отверстий и характерные для них локальные механизмы разрушения, включая механизм Виренделя и потерю устойчивости перемычки между отверстиями. Собраны правила конструирования усилений (горизонтальные и вертикальные накладки, кольца жесткости), геометрические ограничения, а также комплекс процедур расчета по последнему поколению норм Еврокод – стандартам EN 1993-1-13:2024 и EN 1993-1-14:2024.

В проектно-исследовательской части проведены экспериментальные исследования четырех стальных балок из профиля IPE300 с круглыми отверстиями. Элементы были разделены на две вариантные пары – с широким и узким шагом, причем в каждой паре испытывалась балка без усилений и с усилениями отверстий в виде втулок из стальных труб. Балки нагружались по трехточечной схеме изгиба с регистрацией силы, прогиба, точечной деформации и поля деформаций методом DIC. Полученные результаты сопоставлены с аналитическими расчетами, выполненными в соответствии с EN 1993-1-13, и численным анализом методом конечных элементов (GMNIA), проведенным в программе Dlubal RFEM 6.

Выполненные анализы позволили подтвердить, что сопротивление балок с отверстиями зависит главным образом от локальных механизмов разрушения. Для балок с широким шагом определяющим механизмом был изгиб Виренделя, тогда как для узкого шага – механизмы, связанные с перемычкой между отверстиями. Показано, что кольцевое усиление эффективно снижает пик напряжения у края отверстия и увеличивает моментную несущую способность при изгибе Виренделя, приближая поведение ослабленной балки к аналогичному сплошностенчатому элементу. Достигнуто хорошее соответствие экспериментальных, аналитических и численных результатов как по сопротивлению, так и по форме разрушения, что подтверждает правильность нормативных процедур, содержащихся в EN 1993-1-13, для проектирования элементов такого типа.