Дослідження режимів руйнування при вигині і зсуві перфорованих сталевих балок змінного перерізу з використанням розширювальних пластин

Анотація

З використанням сучасних технологій виготовлення сталі, двотаврові балки можна легко виготовляти зварюванням, а гарячекатані балки часто можна виробляти за економічною ціною з тонкими стінками та рівними полицями. Проведено експериментальні та теоретичні дослідження поведінки перфорованих сталевих балок змінного перерізу. Завдяки низькій вартості, вони є можливою альтернативою призматичним компонентам. В даному дослідженні експериментально і теоретично оцінювався вплив перфорування змінного перерізу на згинальну здатність та згинальну жорсткість перфорованих сталевих балок змінного перерізу (ПБЗП) з вільно опертими кінцями. Проведено чотири випробування на триточковий вигин на ПБЗП зі значеннями H/h 1, 1,2, 1,4 і 1,6 з використанням стандартної вихідної двотаврової балки (IPE140) в якості контрольного зразка. Результати випробувань включають в себе криві залежності граничного навантаження від прогину в середині прольоту і механізми руйнування. Результати показали, що несуча здатність ПБЗП може становити до 140 відсотків від несучої здатності основної балки. Для проведення аналізу ПБЗП методом скінченних елементів (МСЕ) з урахуванням матеріальної та геометричної нелінійності використовувалася програма Abaqus. Отримані скінчено-елементні моделі відмінно узгоджуються з експериментальними результатами по несучій здатності в залежності від прогину в середині прольоту і механізмів руйнування. За результатами роботи, ПБЗП можуть бути використані для підвищення міцності і жорсткості основної двотаврової балки з додаванням розширювальних пластин. Несуча здатність ПБЗП може бути збільшена шляхом додавання розширювальних пластин до 40 % вище, ніж у основної балки. ПБЗП має більш низьку пластичність, ніж вихідна балка. Крім того ПБЗП відповідає вимогам до умов експлуатації, оскільки довжина середини її прольоту перевищує довжину середини прольоту основної балки.