Совершенствование метода расчета поврежденных элементов стальных конструкций

Введение. Дефекты и повреждения стальных конструкций в сочетании с коррозией металла, стимулирующей к тому же потерю местной устойчивости, могут приводить к ограниченно работоспособному их состоянию или эксплуатационной непригодности. Метод расчета элементов с такими повреждениями отсутствует. При этом «нормативная» проверка прочности неповрежденных элементов при двух или более параметрических загружениях ведет к заниженным результатам. Поэтому актуальна разработка достоверного метода расчета на прочность элементов, в том числе неповрежденных, при общем загружении.

Материалы и методы. Предложен метод исследования прочности поврежденных и неповрежденных элементов стальных конструкций при общем случае загружения с учетом взаимного влияния усилий по фактическому предельному состоянию, соответствующему критерию ограниченной пластической деформации. Решение задачи проводится в безразмерных параметрах в обратной последовательности, что дает возможность сократить время расчета на несколько порядков.

Результаты. На основании анализа полученных результатов исследования разработан эффективный практический метод расчета поврежденных и неповрежденных элементов, позволяющий получить более достоверные сведения об их прочности. Установлено влияние повреждения на прочность, которое в зависимости от места его расположения относительно действующих усилий N, Mx, My может привести к работоспособному, ограниченно или неработоспособному состояниям. Выявлены существенные резервы прочности неповрежденных двутавровых элементов.

Выводы. Предложено аналитическое решение, в котором ослабления сечения компенсируются эквивалентным догружением фиктивными силами, позволяющими свести проверку прочности как для неповрежденного элемента. Обнаруженные резервы прочности неповрежденных двутавровых элементов указывают на необходимость исследования стрежней с другими типами сечений.

1. Di Sarno L., Majidian A., Karagiannakis G. The effect of atmospheric corrosion on steel structures: a state-of-the-art and case-study // Buildings. 2021. Vol. 11. Issue 12. P. 571. DOI: 10.3390/buildings11120571

2. Zhao Z., Zhang N., Wu J., Gao Y., Sun Q. Shear capacity of steel plates with random local corrosion // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 239. P. 117816. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.117816

3. Kong Z., Jin Y., Hossen G.M.S., Hong S., Wang Y., Vu Q.V. et al. Experimental and theoretical study on mechanical properties of mild steel after corrosion // Ocean Engineering. 2022. Vol. 246. P. 110652. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2022.110652

4. Белый Г.И. Расчет упругопластических тонкостенных стержней по пространственно-деформируемой схеме // Строительная механика сооружений. 1983. С. 40–48.

5. Стегачев П.Б. Исследование вопросов оценки эксплуатационного состояния стальных стропильных ферм : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Л., 1982. 27 с.

6. Сотников Н.Г. Прочность и устойчивость элементов стальных конструкций из спаренных уголков, имеющих общие и местные дефекты и повреждения : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Л., 1987. 28 с.

7. Родиков Н.Н. Устойчивость сжатых стержневых элементов конструкций из открытых профилей : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Л., 1987. 27 с.

8. Лакусса К.С.Э. Прочность и пространственная устойчивость стержней из одиночных уголков : автореф. дис. ... канд. техн. наук. СПб., 1993. 26 с.

9. Мункуева Е.М. Прочность и устойчивость элементов стальных конструкций крестового сечения, имеющих общие и местные дефекты и повреждения : автореф. дис. ... канд. техн. наук. СПб., 1999. 22 с.

10. Косоруков В.А. Влияние случайных погнутостей сжатых стержней стальных стропильных ферм на их несущую способность : автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1975. 12 с.

11. Опланчук А.А. Несущая способность стержней ферм из уголков с местными дефектами : дис. ... канд. техн. наук. Новосибирск, 1983. 241 с.

12. Корчак М.Д. О влиянии местных начальных искривлений пояса на устойчивость решетчатого стержня // Совершенствование развития норм проектирования стальных строительных конструкций. 1981. С. 119–127.

13. Асташкин М.В. Напряженно-деформированные и предельные состояния в сечениях стержневых элементов стальных конструкций при общем случае статического загружения : дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2003. 130 с.

14. Белый Г.И. «Обратный» метод расчета усиливаемых под нагрузкой стержневых элементов стальных конструкций путем увеличения сечений // Вестник гражданских инженеров. 2020. № 6 (83). C. 46–55. DOI: 10.23968/1999-5571-2020-17-6-46-5. EDN FCYLVT.

15. Ведерникова А.А. Численно-аналитический расчет устойчивости внецентренно сжатых трубобетонных стержней круглого и квадратного сечения // Вестник СевКавГТИ. 2017. № 3 (30). С. 112–118. EDN ZSIVVL.

16. Смирнов М.О. Прочность и устойчивость стержневых элементов конструкций из холодно-гнутых профилей с фактически редуцированным сечением : дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2021. 157 с.

17. Смирнов М.О. Совершенствование обратного численно-аналитического метода расчета ЛСТК на устойчивость при внецентренном сжатии // Вестник гражданских инженеров. 2021. № 1 (84). С. 46–52. DOI: 10.23968/1999-5571-2021-18-1-46-52. EDN TDGIAI.

18. Смирнов М.О. Совершенствование методики определения редуцированных сечений стержней из холодногнутых профилей при однопараметрическом загружении // Вестник гражданских инженеров. 2020. № 2 (79). С. 60–67. DOI: 10.23968/1999-5571-2020-17-2-60-67. EDN NXYLAC.

19. Белый Г.И., Гарипов А.И. Запредельные напряженно-деформированные состояния в поперечных сечениях элементов стальных конструкций // Вестник гражданских инженеров. 2022. № 4 (93). С. 16–30. DOI: 10.23968/1999-5571-2022-19-4-16-30. EDN MPRVNX.

20. Zhang Z., Xu S., Wang Y., Nie B., Wei T. Local and post-buckling behavior of corroded axially-compressed steel columns // Thin-Walled Structures. 2020. Vol. 157. P. 107108. DOI: 10.1016/j.tws.2020.107108

21. Kullashi G., Siriwardane S.C., Atteya M.A. Lateral torsional buckling capacity of corroded steel beams: A parametric study // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1201. Issue 1. P. 012038. DOI: 10.1088/1757-899X/1201/1/012038