Статистические характеристики погрешности численных моделей несущей способности для стальных элементов
https://doi.org/10.33979/2073-7416-2023-107-3-17-34
Аннотация
Применение численных моделей для оценки несущей способности и эксплуатационной пригодности как новых, так и существующих строительных конструкций является одним из наиболее важных достижений последних десятилетий для инженеровстроителей. Численная модель, как и любая другая модель, обладает погрешностью, которую необходимо установить и учесть при обеспечении проектной (конструкционной) надёжности конструкций. При этом статистические характеристики погрешности численных моделей остаются наименее изученными. Целью исследования является развитие и научное обоснование проектирования на основе численных моделей несущей способности. Объектом исследования являются параметры численных моделей и статистические характеристики погрешности (неопределённости) численного результата. Основные задачи тематического исследования включают (i) анализ чувствительности несущей способности от вариаций параметров численных моделей, (ii) верификацию параметров численных моделей на основе экспериментальных данных и (iii) вычисление статистических характеристик погрешности численной модели, предполагаемых в дальнейшем к использованию при развитии формата безопасности и нормировании значений частных коэффициентов надёжности.
Об авторе
В. В. Надольский
УО «Брестский государственный технический университет»
Беларусь
Беларусь
Надольский Виталий Валерьевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Технологии строительного производства»
г. Брест
Список литературы
1. Graciano C., Ayestará, A. Steel plate girder webs under combined patch loading, bending and shear. Journal of Constructional Steel Research. 2013. Vol. 80. Рр. 202-212. doi:10.1016/j.jcsr.2012.09.018.
2. Kövesdi B., Alcaine J., Dunai L., Braun B. Interaction behaviour of steel I-girders Part I: Longitudinally unstiffened girders. Journal of Constructional Steel Research. 2014. Vol. 103. Pp. 327–343. doi:10.1016/j.jcsr.2014.06.018.
3. Kövesdi B., Alcaine J., Dunai L., Braun B. Interaction behaviour of steel I-girders; part II: Longitudinally stiffened girders. Journal of Constructional Steel Research. 2014. Vol. 103. Pp. 344–353. doi:10.1016/j.jcsr.2014.06.017.
4. Kövesdi B., Kuhlmann U., Dunai L.Combined shear and patch loading of girders with corrugated webs. Periodica Polytechnica Civil Engineering. 2010. Vol. 54(2). Pp. 79–88.
5. Seitz M. Tragverhalten längsversteifter Blechträger unter quergerichteter Krafteinleitung (Longitudinally stiffened girder webs subjected to patch loading). Institute for Structural Design. Universität Stuttgart. 2005.
6. Kovacevic S., Markovic N., Sumarac D., Salatic R. Influence of patch load length on plate girders. Part II: Numerical research. Journal of Constructional Steel Research. 2019. Vol. 158. P. 213–229. doi:10.1016/j.jcsr.2019.03.025.
7. Rogač M., Aleksić S., Lučić D. Influence of patch load length on resistance of I-girders. Part-II: Numerical research. Journal of Constructional Steel Research. 2021. Vol. 176. Pp. 106–138. doi:10.1016/j.jcsr.2020.106369.
8. Pavlovčič L., Detzel A., Kuhlmann U., Beg D. Shear resistance of longitudinally stiffened panels. Part 1: Tests and numerical analysis of imperfections. Journal of Constructional Steel Research. 2007. Vol. 63(3). Pp. 337–350.
9. Nadolski V., Marková J., Podymako V., Sykora M. Pilot numerical analysis of resistance of steel beams under combined shear and patch loading. Proceedings of conference Modelling in Mechanics 2022, Technical University of Ostrava. 2021. Pp. 21–29.
10. Sinur F., Beg D. Moment–shear interaction of stiffened plate girders. Tests and numerical model verification. Journal of Constructional Steel Research. 2013. Vol. 85. Pp. 116–129. doi:10.1016/j.jcsr.2013.03.007.
11. Riahi F., Behravesh A., Fard M. Y., Armaghani A. Shear Buckling Analysis of Steel Flat and Corrugated Web I-girders. KSCE Journal of Civil Engineering. 2018. Vol. 22(12). Pp. 5058–5073.
12. Estrada I., Real E., Mirambell E. General behaviour and effect of rigid and non-rigid end post in stainless steel plate girders loaded in shear. Part II: Extended numerical study and design proposal. Journal of Constructional Steel Research. 2007. Vol. 63. Pp. 985-996. doi:10.1016/j.jcsr.2006.08.0.
13. Ботян С.С., Жамойдик С.М., Кудряшов В.А., Олесиюк Н.М., Писченков И.А. Оценка огнестойкости стальных строительных конструкций с учетом влияния теплообмена с примыкающими смежными конструкциями // Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. 2021. Т. 5. № 3. С. 278-288. doi:10.33408/2519-237X.2021.5-3.278.
14. Надольский В.В. Расчет и конструирование фланцевого соединения элементов прямоугольного сечения, подверженных центральному растяжению. Вестник Полоцкого государственного университета. 2018. № 16. С. 121–130.
15. Саиян С.Г., Паушкин А.Г. Численное параметрическое исследование напряженно-деформированного состояния двутавровых балок с различными типами гофрированных стенок // Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. № 6. С. 676-687.
16. Мартынов Ю.С., Надольский В.В., Веревка Ф.А. Стеновые панели на основе кассетных профилей. Часть 1. Теоретические исследования // Строительство и реконструкция. 2019. № 4 (84). С. 26-37.
17. Афенченко Д. С., Петрова Ю. Н., Устинова М. Э., Олейникова Р.Е. Верификация аналитического расчёта несущей способности перфорированного стержня средствами конечно-элементного комплекса // Вестник Керченского государственного морского технологического университета. 2019. № 4. С. 118-129.
18. Надольский В.В. Неопределенности расчетных моделей сопротивления стальных конструкций // Вестник Полоцкого государственного университета. 2016. № 8. С. 66–72.
19. Sýkora M., Marková J., Nadolski V. Application of Semi-Probabilistic Methods to Verification of Series System. Transactions of the Technical University of Ostrava, Civil Engineering Series. 2021. Vol. 21/2. Pp. 80–85. doi:10.35181/tces-2021-0018.
20. Тур В.В., Надольский В.В. Концепция проектирования строительных конструкций на основе численных моделей сопротивления // Строительство и реконструкция. 2022. № 6 (104). С. 78-90. doi:10.33979/2073-7416-2022-104-6-78-90.
21. Надольский В.В. Анализ расчетных моделей сопротивления локальной нагрузке стальных элементов // Вестник БрГТУ. 2016. № 1(97). С. 167–171.
22. Надольский В.В. Надежность стального элемента при потере местной устойчивости стенки // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. Вып. 5. С. 569–579. doi:10.22227/1997-0935.2022.5.569-579.
23. Braun B. Stability of steel plates under combined loading. Mitteilungen. Institut für Konstruktion und Entwurf der Universität Stuttgart. 2010. 226 p.
24. Gozzi J. Patch loading resistance of plated girders - ultimate and serviceability limit state : Doctoral Thesis. Sweden, Luleå University of Technology. 2007.
25. Hansen T. Theory of Plasticity for Steel Structures - Solutions for Fillet Welds, Plate Girders and Thin Plates. Department of Civil Engineering, Technical University of Denmark, Report No. R-146. 2006. 239 p.
26. Flores R. Resistance of Transversally Stiffened Hybrid Steel Plate Girders to Concentrated Loads: Doctoral Thesis. Barcelona, Polytechnic University of Catalonia. 2009. 221 p.
27. Basler K., Yen B. T., Mueller J. A. Web buckling tests on welded plate girders, Part 3: Tests on plate girders subjected to shear. WRC Bulletin 64, No. 165 (60-5), Paper 1689. 1960.
28. Lee S.C., Yoo C.H. Experimental Study on Ultimate Shear Strength of Web Panels. Journal of Structural Engineering. 1999. Vol. 125(8). Pp. 838–846. doi:10.1061/(ASCE)0733-9445(1999)125:8(838) 29. Roberts T.M. Combined Shear and Patch Loading of Plate Girders. J. Struct. Engrg, ASCE. 2000. Vol. 126. Pp. 316–321.
29. ТКП EN 1993-1 -5-2009 (02250). Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Часть 1 -5. Пластинчатые элементы конструкций. Минск : МАиС, 2014. 51 с.
30. СНиП II-23-81* Стальные конструкции. Госстрой СССР. Москва: ЦИТП Госстроя СССР, 1991. 96 с. 32. ANSI/AISC-360-05. Specification for Structural Steel Buildings. Chicago, Illinois: American Institute of Steel Construction, 2005. 256 p.
31. CAN/CSA-S16-01. Limit States Design of Steel Structures, Includes Update No. 1 (2010), Update No. 2 (2001). Mississauga, Ontario: Canadian Standards Association, 2009. 198 p.
32. Барышников М.П., Чукин М.В., Бойко А.Б. Анализ программных комплексов для расчета напряженно-деформированного состояния композиционных материалов в процессах обработки давлением // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. ГИ Носова. 2012. №. 4. С. 72–74.
33. Riks E. An incremental approach to the solution of snapping and buckling problems. International Journal of Solids Structures. 1979. No. 15. Pp. 529–551.
34. Надольский В.В., Вихляев А.И. Оценка несущей способности балок с гофрированной стенкой методом конечных элементов при действии локальной нагрузки // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. Вып. 6. С. 693-706. doi:10.22227/1997-0935.202.
35. Надольский В.В., Подымако В.И. Оценка несущей способности стальной балки методом конечных элементов при совместном действии локальных и сдвиговых усилий // Строительство и реконструкция. 2022. № 2 (100). С. 26–43.
36. Tryland T. Steel girders subjected to concentrated loading – validation of numerical simulations. J. Constr. Steel Res. 1999. Vol. 50. Pp. 199–216.
37. BSK. Boverkets Handbok om Stålkonstruktioner, BSK 07, November 2007.
38. Yun X., Gardner L.Stress-strain curves for hot-rolled steels. J. Construct. Steel Res. 2017. Vol. 133. Pp. 36–46
39. Estrada I. Shear design of stainless steel plate girders. Doctoral thesis. Barcelona (Spain). Department of Construction Engineering, Universitat Polit´ecnica de Catalunya; 2005.
40. Roberts T.M. Slender plate girders subjected to edge loading. Proc Inst Civ Eng. 1981. Vol. 2(71). P. 805-819.
41. D’apice M., Fielding D., Cooper P. Statics tests on longitudinally stiffened plate girders. Welding Research Council. (Bulletin No. 117). 1966.
42. Cooper P., Lew B., Yen B. Welded constructional alloy steel plate girder. Journal of the Structural DivisionASCE. 1964. Vol. 90(1). Pp. 1–36.
43. Nishino F., Okumura T. Experimental investigation of strength of plate girders in shear. Congress AIPC New York. 1968. Pp. 451–463.
44. Dubas P., Tschamper H. Stabilité des âmes soumises a une charge concentrée et a une flexion globale. Construction Metallique. 1990. Vol. 27(2). Pp. 25–39.
45. Roberts T.M., Shahabian F.Ultimate resistance of slender web panels to combined bending shear and patch loading. Journal of Constructional Steel Research. 2001. Vol. 57(7). Pp. 779-790.
46. COMBRI. Competitive Steel and Composite Bridges by Improved Steel Plated Structures. Final Report, RFCS research project RFS-CR-03018, 2007.
47. Glassman D. A compression model for ultimate postbuckling shear strength. Thin-Walled Structures. 2016. Vol. 102. Pp. 258-272. doi:10.1016/j.tws.2016.01.016.
48. Bergfelt A., Hovik J.Thin-walled deep plate girders under static loads. Proceedings of the IABSE Colloquium, NewYork. 1968. Vol. 8. Pp. 465-478.
49. Kamtekar A.G. Tests on Hybrid Plate Girders. Report No.CUED/C-Struct/TR28, CambridgeUniversity, Cambridge, 1972.
50. Rockey K.C. The ultimate load behaviour of plate girders loaded in shear. Structural Engineers. 1972. Vol. 50(1). Pp. 29-48.
51. Evans H.R., Rockey K.C., Porter D.M. Tests on longitudinally reinforced plate girders subjected to shear. Proceedings of Conference on Structural Stability, Liege. 1977.
52. Narayanan R., Rockey K.C. Ultimate load capacity of plate girders with webs containing circular cut-outs. Proceedings of the Institution of Civil Engineers. 1981. Vol. 71. Pp. 845–862.
53. Sakai F. Failure tests of plate girders using large-sided models. University of Tokyo, Department of Civil Engineering, Structural Engineering Report, Tokyo. 1966.
54. Moon J. Shear strength and design of trapezoidally corrugated steel webs. Journal of Constructional Steel Research. 2009. Vol. 65(5). Pp. 1198-1205.
55. Driver R. G., Abbas H. H., Sause R. Shear behavior of corrugated web bridge girders. J. Struct. Eng. ASCE. 2006. Vol. 132(2). Pp. 195-203. doi:10.1061/ (ASCE) 0733-9445(2006)132:2(195).
Рецензия
Для цитирования:
Надольский В.В. Статистические характеристики погрешности численных моделей несущей способности для стальных элементов. Строительство и реконструкция. 2023;(3):17-34. https://doi.org/10.33979/2073-7416-2023-107-3-17-34
For citation:
Nadolski V.V. Statistical characteristics of the numerical model uncertainties for steel elements. Building and Reconstruction. 2023;(3):17-34. (In Russ.) https://doi.org/10.33979/2073-7416-2023-107-3-17-34
Просмотров:
1009
Послать статью по эл. почте 