Широков Вячеслав Сергеевич, канд. техн. наук, доцент кафедры «Строительная механика, фундаменты, металлические конструкции»
AuthorID: 665300
ResearcherID: N-5278-2016
ул. Молодогвардейская, д. 244, г. Самара, 443100
Viacheslav S. Shirokov, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Department of Structural Mechanic, Foundations, Metal Structures
AuthorID: 665300
ResearcherID: N-5278-2016
Molodogvardeyskaya str., 244, Samara, 443100
Татьяна Александровна Белаш, д-р техн. наук, профессор кафедры «Строительные сооружения, конструкции и материалы»
AuthorID: 66498
2-я Институтская ул., д. 6, г. Москва, 109428
Tatyana A. Belash, Dr. Sci. (Engineering), Professor of the Department of Building Structures, Constructions and Materials
AuthorID: 66498
2nd Institutskaya str., 6, bld. 1, Moscow, 109428
Введение. Жесткость узлов стальных конструкций значительно влияет на распределение внутренних усилий в элементах каркаса. Данное положение справедливо и для модульных зданий. Межмодульные узлы влияют на напряженно-деформированное состояние здания в целом, в то же время жесткость внутримодульных узлов оказывает влияние на напряженно-деформированное состояние каждого модуля в отдельности. Объектом исследования являются стальные модульные здания из составленных модулей с несущими угловыми колоннами.
Цель. Исследовать напряженно-деформированное состояние стальных модульных зданий с жесткими и податливыми внутримодульными соединениями при различных вариантах силового воздействия.
Материалы и методы. Для оценки влияния жесткости узлов на напряженно-деформированное состояние модульных зданий проведена серия исследований с различными параметрами соединений методом конечных элементов. Всего рассчитана 921 модель узла. Для подтверждения результатов, полученных численным методом, проведены физические испытания полноразмерных образцов узлов. Сформулированы основные допущения для составления стержневой расчетной модели. На основании выявленных допущений получены выражения, описывающие в явном виде влияние вращательной жесткости внутримодульных узлов на распределение внутренних усилий в элементах модуля и на частоты собственных колебаний здания.
Результаты. В рамках численных исследований методом конечных элементов установлено значительное влияние наличия ребер и их размеров на жесткость внутримодульных узлов. При этом показано, что узлы без ребер жесткости в общем случае являются податливыми. Для конструирования жестких внутримодульных узлов составлены номограммы по назначению минимальных размеров ребер. Физические испытания полноразмерных узлов подтвердили результаты, полученные при численных исследованиях. Расчетный анализ с помощью полученных выражений показал, что неучет фактической податливости узлов при расчете стержневой модели модульного здания может привести к значительным неточностям в определении усилий и частот собственных колебаний.
Выводы. Проведенные исследования показывают значительное влияние жесткости внутримодульных узлов на напряженно-деформированное состояние стальных модульных зданий. При расчете модульных зданий необходимо учитывать податливость узловых соединений. Интерес представляет проведение аналогичных исследований для других конструктивных схем модульных зданий с различными конструктивными решениями узлов.
Introduction. The steel structure joints stiffness significantly affects the distribution of internal forces in the frame elements. This point is true for modular buildings too. Intermodular joints affect the stress-strain behavior of the whole building, while the intramodular joints stiffness of affects the stress-strain behavior of each module individually. The object of the research is steel modular buildings made of assembled modules with load-bearing corner columns.
Aim. Studying the stress-strain behavior of steel modular buildings with rigid and semi-rigid intra-modular joints exposed various loads.
Materials and methods. To assess the influence of the joints stiffness to the stress-strain behavior of modular buildings, a series of studies were conducted with various connection parameters using the finite element method. A total of 921 joints models were calculated. To confirm the results obtained by the numerical method, physical tests of full-size specimens of the joints were carried out. The main assumptions for the creating of calculation model have been formulated. Based on the identified assumptions, equations were obtained that explicitly describe the influence of the rotational stiffness of intra-modular joints to the distribution of internal forces in the elements of the module and to the natural vibration frequencies of the building.
Results. Within the framework of numerical studies using the finite element method, a significant influence of the presence of stiffeners and their dimensions on the intra-modular joints stiffness was established. It is shown that nodes without stiffeners are generally semi-rigid. For the design of rigid intra-modular joints, nomograms have been compiled for the assignment of minimum stiffeners sizes. Physical tests of full-size joints specimens confirmed the results obtained in numerical studies. A calculation analysis using the obtained equations showed that failure to take into account the actual joint stiffness o when calculating the rod model of a modular building can lead to significant inaccuracies in determining the internal forces and frequencies of natural vibration.
Conclusion. The conducted researches show a significant influence of intra-modular joints stiffness to the stress-strain behavior of steel modular buildings. It is necessary to take into account the joints stiffness when calculating modular buildings. It is of interest to conduct similar studies for other structural schemes of modular buildings with different structural solutions of joints.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.