ОСОБЛИВОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ ДВОТАВРОВИХ БАЛОК ІЗ ПЕРФОРОВАНОЮ СТІНКОЮ У БУДІВНИЦТВІ
DOI:
https://doi.org/10.32782/2415-8151.2025.36.3Ключові слова:
сталеві балки, перфорована стінка, несуча здатність, втрата стійкості, механізм Віренделя.Анотація
Анотація. Мета: дослідити існуючі наукові джерела щодо напружено-деформованого стану сталевих балок із перфорованою стінкою, особливості їх роботи, виготовлення, розміри отворів і форми лінії розкрою. Методологія. У дослідженні застосовано системний підхід, який включає аналіз наукових джерел, узагальнення експериментальних результатів досліджень, числове моделювання та порівняльний аналіз. Результати. Установлено оптимальні розміри та форми отворів у стінці балки для мінімізації негативного впливу на міцність в ослаблених перерізах. Результати числового моделювання методом скінченних елементів пластинчастими елементами демонструють високу відповідність експериментальним даним. Наукова новизна. Узагальнено і систематизовано сучасні підходи до проєктування сталевих двотаврових балок із перфорованою стінкою з урахуванням впливу форми, розмірів і розташування отворів на їхню міцність і стійкість. Особливістю роботи є інтеграція результатів експериментальних і числових досліджень для визначення оптимальних геометричних параметрів перфорації. Практична значущість. Результати дослідження можуть бути використані під час проєктування сталевих конструкцій із перфорованими елементами, що дає змогу підвищити ефективність використання матеріалів без утрати несучої здатності. Запропоновані узагальнення щодо вибору форми та конфігурації отворів дають змогу конструкторам приймати більш обґрунтовані технічні рішення під час проєктування. Практичну цінність дослідження підсилює його актуальність у контексті післявоєнної відбудови України, коли критично важливо забезпечити надійність і економічність будівництва за обмежених ресурсів. Отримані висновки можуть бути враховані під час розроблення нормативних документів і рекомендацій щодо використання перфорованих балкових елементів у будівництві.
Посилання
Биків Д.З. Дослідження напружено- деформованого стану сталевих балок із синусоїдальною перфорацією : дис. … канд. техн. наук. Тернопіль, 2023. 80 с.
ДБН В.2.6-198:2014. Сталеві конструкції. Норми проєктування : чинний від 01.01.2015. Київ : Мінрегіонбуд України, 2014. 181 с.
Abbas J.L. Behaviour of Steel I Beams with Web Openings. Civil Engineering Journal. 2023. Т. 9, № 3. Р. 596–617. https://doi.org/10.28991/CEJ- 2023-09-03-08.
Ahmed A., Said A. The Effect of Expansion Ratio, Opening Size, and Prestress Strand on the Flexural Behavior of Steel Beams with Expanded Web using FEA. Engineering, Technology and Applied Science Research. 2024. Т. 27, № 2. Р. 1–9. https://doi.org/10.48084/ etasr.7254.
Ahmed A., Said A. The Effect of Opening Size and Expansion Ratio on the Flexural Behavior of Hot Rolled Wide Flange Steel Beams with Expanded Web. Engineering, Technology and Applied Science Research. 2024. Т. 14, № 1. Р. 13033–13040. URL: https://doi.org/ 10.48084/etasr.6698.
ArcelorMittal Europe – Long Products. Sections and Merchant Bars. ACB and Angelina beams: a new generation of beams with large web openings [брошура] / ArcelorMittal. Luxembourg: ArcelorMittal, 2021. 64 р.
Carvalho A., Santos V.B., Rossi A., Martins C.H. Nonlinear inelastic stability behavior of high-strength stainless steel I-beams with sinusoidal web openings. International Journal of Structural Stability and Dynamics. 2023. Т. 24, № 7. Р. 1–39. https://doi.org/10.1142/ S0219455424500809.
De’nan F., Hashim N.S Stress analysis of I-beam with web opening via finite element analysis and experimental study. World Journal of Engineering. 2022. Т. 20, № 5. Р. 974–988. https://doi.org/10.1108/WJE- 11-2021-0627.
El-Dehemy H. Static and Dynamic Analysis Web Opening of Steel Beams. World Journal of Engineering and Technology. 2017. №5. Р. 275–285. https://doi.org/ 10.4236/wjet.2017.52022.
Lawson R.M., Hicks S.J. Design of Composite Beams with Large Web Openings; The Steel Construction Institute. 2011. London, UK. 355 р. [11] Morkhade S., Jagtap K.R., Ghorpade P.S., Ahiwale D.D. Buckling performance evaluation of steel cellular beams strengthened with flange cover plate. Asian Journal of Civil Engineering. 2022. Т. 22, Р. 1277–1290. https://doi.org/10.1007/s42107-022-00483-3
Morkhade S., Martins C.H. Effect of Web Post Width on Strength Capacity of Steel Beams with Web Openings: Experimental and Analytical Investigation. Practice Periodical on Structural Design and Construction. 2022. Т. 27, № 2. Р. 1–9. https://doi.org/10.1061/ (ASCE)SC.1943-5576.0000688.
Morkhade S. et al. Structural behaviour of castellated steel beams with reinforced web openings. Journal of Civil Engineering. 2020. Т. 27. Р. 1067–1078. https://doi.org/10.1007/s42107-020-00262-y.
Nseir J. et al. Lateral Torsional Buckling of Cellular Steel Beams. Annual Stability Conference Structural Stability Research Council Grapevine, Texas. 2012.
Osmani A. et al. Deflection Predictions of Tapered Cellular Steel Beams Using Analytical Models and an Artificial Neural Network. Buildings. 2025, Т.15. № 992. Р. 1–23. https://doi.org/10.3390/buildings15060992.
Pawar K., Kumbhar P. Performance Analysis of Castellated Steel I-Beam using FRP Stiffeners. International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology. 2022. Т. 10, № 2. Р. 1134–1142. https://doi.org/10.22214/ijraset.2022.38596.
Samadhan M., Gupta L. Critical study of steel beams with web openings, Australian Journal of Structural Engineering. 2023. Т. 24. № 1. Р. 24–35. https://doi.org/10.1080/13287982.2022.2117319.
Silwal P., Parvin A., Alhusban M. Numerical Investigation on Strengthening of Steel Beams for Corrosion Damage or Web Openings Using Carbon Fiber Reinforced Polymer Sheets. MDPI, Buildings. 2024. Т. 14. № 1069. Р. 1–22. https://doi.org/10.3390/ buildings14041069.
Saternus P Cellular Beams with Closely Spaced Web Openings – A Review of Analytical Calculation Models for Web-Post Buckling, Advances in Science and Technology Research Journal. 2022. Т. 16, № 1. Р. 213–230. https://doi.org/10.12913/22998624/144146.
Sehwail M., Celikag M. Investigation on Failure Mechanisms of Symmetric and Asymmetric Cellular Steel Beams, Special Issue:EUROSTEEL 2021 Sheffield – Steel’s coming home. 2021. Т. 4, № 2–4. Р. 2308–2314. https://doi.org/10.1002/cepa.1554
Sehwail M., Celikag M. Load Carrying Capacity of Hot-Rolled Hybrid Cellular Steel Beams: Experimental Investigations. Arabian Journal for Science and Engineering. 2022. Т. 47. № 10. Р. 1–17. https://doi.org/ 10.1007/s13369-021-06508-4
Shamass R. et al. Web-Post Buckling Prediction Resistance of Steel Beams with Elliptically- Based Web Openings using Artificial Neural Networks (ANN); Thin-Walled Structures, London, UK. 2022. Т. 180. Р. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.tws.2022.109959.
Tsavdaridis K.D., D’Mello C. Vierendeel Bending Study of Perforated Steel Beams with Various Novel Web Opening Shapes, through Non-linear Finite Element Analyses. Journal of Structural Engineering, 2012. Т. 138, № 10. Р. 1214–1230 . ISSN 0733-9445.
Tsavdaridis K.D., D’Mello C. Web Buckling Study of the Behaviour and Strength of Perforated Steel Beams with Different Novel Web Opening Shapes. Journal of Constructional Steel Research. 2011. Т. 67, № 10. Р. 1605–1620. https://doi.org/10.1016/ j.jcsr.2011.04.004.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Іван Ігорович Годзинський
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
