English
Język Polski
Uproszczenia modelu numerycznego w projektowaniu stężeń prętowych i tarczowych
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2025.155099Abstrakt
Poruszono temat projektowania poprzecznych stężeń dachowych. Analizę przeprowadzono w programie ABAQUS dla fragmentu stalowego dachu budynku jednokondygnacyjnego składającego się z dźwigarów kratowych i płatwi. Rozważono konstrukcję zawierającą zarówno stężenia tarczowe (blacha trapezowa), jak i stężenia prętowe. Uwzględniono siły powstałe w wyniku imperfekcji (za pomocą siły stabilizującej) oraz obciążenie wiatrem. Analizie poddano następujące modyfikacje modelu numerycznego: zastąpienie trójwymiarowego modelu powłokowego poszycia zastępczą powłoką ortotropową, pominięcie podatności połączenia płatwi z blachą, pominięcie mimośrodu pomiędzy płatwiami i poszyciem. Oceniono wpływ uproszczeń modelu numerycznego na siły występujące w stężeniu prętowym. Zastąpienie trójwymiarowego modelu powłokowego poszycia powłoką ortotropową z modyfikacją macierzy sztywności zgodnie z teorią współpracy tarczowej dało bardziej zadowalające wyniki ekstremalnych sił w stężeniu prętowym niż zastosowanie „standardowych” wartości elementów macierzy sztywności. Co więcej, uproszczenie w modelu numerycznym połączenia płatwi z blachą (pominięcie podatności połączenia) wpłynęło na wyniki w mniejszym stopniu niż pominięcie mimośrodu płatwi.Bibliografia
[1] J.M. Davies, M.J. Roberts, and Y.C. Wang, “Stressed skin theory and structure cladding interaction: Safety concerns with Big Sheds”, Thin-Walled Structures, vol. 169, art. no. 108415, 2021, doi: 10.1016/j.tws.2021.108415.
[2] M.J. Roberts, J.M. Davies, and Y.C. Wang, “Modern cladding systems for big sheds: The emerging state of the art”, Thin-Walled Structures, vol. 175, art. no. 109264, 2022, doi: 10.1016/j.tws.2022.109264.
[3] M. Roberts and J.M. Davies, “3D models of clad steel structures – Assumptions and validation”, in Current Perspectives and New Directions in Mechanics, Modelling and Design of Structural Systems: Proceedings of The Eighth International Conference on Structural Engineering, Mechanics and Computation, 5-7 September 2022, Cape Town, South Africa. CRC Press, 2022, doi: 10.1201/9781003348443.
[4] M.J. Roberts, J.M. Davies, and Y.C. Wang, “Numerical analysis of a clad portal frame structure tested to destruction”, Structures, vol. 33, pp. 3779-3797, 2021, doi: 10.1016/j.istruc.2021.06.098.
[5] ECCS, European Recommendations for the Application of Metal Sheeting Acting as a Diaphragm. Stressed Skin Design. European Convention for Constructional Steelwork, 1995.
[6] ECCS, European Recommendations on the Stabilization of Steel Structures by Sandwich Panels. European Convention for Constructional Steelwork, 2014.
[7] Z. Nagy, B.-A. Lőrincz, A. Kelemen, G. Zsongor, and A. Sánduly, “Experimental investigations on diaphragms made of sandwich panels and corrugated sheets”, presented at Ninth International Conference on Thin-Walled Structures – ICTWS2023, 29 November-1 December 2023, Sydney, Australia, 2024.
[8] K. Ciesielczyk and R. Studziński, “Experimental investigation of sandwich panels supported by thin-walled beams under various load arrangements and number of connectors”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 4, pp. 389-402, 2022, doi: 10.24425/ace.2022.143045.
[9] N. Korcz-Konkol and E. Urbańska-Galewska, “Influence of sheet/purlin fasteners spacing on shear flexibility of the diaphragm”, MATEC Web of Conferences, vol. 219, art. no. 02007, 2018, doi: 10.1051/matecconf/201821902007.
[10] M. Gryniewicz and J.K. Szlendak, “FEM model of the steel building roof includes stressed skin diaphragm action effects”, in Proceedings of the XIII International Conference on Metal Structures: ICMS 2016. CRC Press, 2016, pp. 93-100.
[11] M. Gryniewicz, M.J. Roberts, and J. M. Davies, “Testing and analysis of a full-scale steel-framed building including the consideration of structure-cladding interaction”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 181, art. no. 106611, 2021, doi: 10.1016/j.jcsr.2021.106611.
[12] Z. Nagy, A. Pop, I. Mois, and R. Ballok, “Stressed Skin Effect on the Elastic Buckling of Pitched Roof Portal Frames”, Structures, vol. 8, pp. 227-244, 2016, doi: 10.1016/j.istruc.2016.05.001. The numerical calculations were performed using the computing resources of CI TASK at Gdańsk University of Technology.
[13] Z. Nagy, A. Kelemen, and M. Nedelcu, “The influence on portal frame buckling of different cladding systems – A comparative numerical study considering stressed skin effect”, Thin-Walled Structures, vol. 182, 2022, doi: 10.1016/j.tws.2022.110310.
[14] N. Korcz, “Modele numeryczne uwzględniające tarczową pracę pokrycia dachowego z blach trapezowych”, Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, vol. 64, no. 4/I, pp. 213-228, 2017, doi: 10.7862/rb.2017.207.
[15] N. Korcz and E. Urbańska-Galewska, “Influence of fasteners and connections flexibility on deflections of steel building including the stressed skin effect”, Technical Sciences / University of Warmia and Mazury in Olsztyn, vol. 21, no. 2, pp. 131-148, 2018, doi: 10.31648/ts.2722.
[16] N. Korcz-Konkol and P. Iwicki, “Truss imperfections in the design of bar and diaphragm bracing systems”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 206, art. no. 107936, 2023, doi: 10.1016/j.jcsr.2023.107936.
[17] ABAQUS, Abaqus Documentation 2021. Dassault systèmes SIMULIA Corp., 2021.
[18] N. Korcz-Konkol and P. Iwicki, “Stabilizing forces in trapezoidal sheeting used as a part of the bracing system”, ce/papers, vol. 4, no. 2-4, pp. 2242-2248, 2021, doi: 10.1002/cepa.1545.
[19] EN 1993-1-1 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings. CEN, 2005.
[20] Y. Xia, M.I. Friswell, and E.I.S. Flores, “Equivalent models of corrugated panels”, International Journal of Solids and Structures, vol. 49, no. 13, pp. 1453-1462, 2012, doi: 10.1016/j.ijsolstr.2012.02.023.
[21] PN-EN-1993-4-1 Eurokod 3. Projektowanie konstrukcji stalowych. Część 4-1: Silosy. PKN, 2009.
[22] D. Briassoulis, “Equivalent orthotropic properties of corrugated sheets”, Computers & Structures, vol. 23, no. 2, pp. 129-138, 1986, doi: 10.1016/0045-7949(86)90207-5.
[23] A. Samanta and M. Mukhopadhyay, “Finite element static and dynamic analyses of folded plates”, Engineering Structures, vol. 21, no. 3, pp. 277-287, 1999, doi: 10.1016/S0141-0296(97)90172-3.
[24] K.M. Liew, L.X. Peng, and S. Kitipornchai, “Buckling analysis of corrugated plates using a mesh-free Galerkin method based on the first-order shear deformation theory”, Computational Mechanics, vol. 38, no. 1, pp. 61-75, 2006, doi: 10.1007/s00466-005-0721-2.
[25] Z. Ma, J. Havula, K. Mela, and J. Kesti, “Structural Fire Analysis of One-storey Steel-framed Buildings with Steel Claddings”, ce/papers, vol. 4, no. 2-4, pp. 1213-1222, 2021, doi: 10.1002/cepa.1414.
[26] J. Bródka, R. Garncarek, and K. Miłaczewski, Blachy fałdowe w budownictwie stalowym. Warszawa: Arkady, 1999.
[27] M. Gryniewicz and J. Szlendak, ”Wpływ współpracy pokrycia dachowego na przemieszczenia konstrukcji hali stalowej”, Inżynieria i Budownictwo, vol. 72, no. 8, pp. 431-434, 2016.
[28] D. Wennberg, P. Wennhage, and S. Stichel, ”Orthotropic Models of Corrugated Sheets in Finite Element Analysis”, ISRN Mechanical Engineering, vol. 2011, art. no. 979532, 2011, doi: 10.5402/2011/979532.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
