DETERMINATIONOFCHANGESINTHERMALSTRESSSTATEOF STEEL BEAMS IN LIRA-SAPR SOFTWARE

Заголовок (англійською): 
DETERMINATIONOFCHANGESINTHERMALSTRESSSTATEOF STEEL BEAMS IN LIRA-SAPR SOFTWARE
Автор(и): 
S.I. Bilyk
О.Y. Bashynska
О.V. Bashynskyi
Автор(и) (англ): 
S.I. Bilyk
О.Y. Bashynska
О.V. Bashynskyi
Ключові слова (укр): 
напружено-деформований стан, вогнестійкість, теплопровідність, метод скінченних елементів, ЛІРА-САПР
Ключові слова (англ): 
stress-strainstate, fireresistance, thermal conductivity, finite element method, LIRA-SAPR.
Анотація (укр): 
Анотація. В даній статі автори провели дослідження напружено-деформованого та температурного стану сталевого каркасу будівлі. Проведено верифікаційний розрахунок сталевого перерізу на вогнестійкість у вітчизняному програмному комплексі. Отримані результати було порівняно з результатами аналогічного розрахунку в закордонному програмному комплексі. Проведено розрахунок динамічної задачі теплопровідності перерізу балки. Наведено основні рівняння для вирішення крайової задачі нестаціонарної теплопровідності. Також, наведено алгоритм реалізації обчислення температурних деформацій по перерізу сталевої балки за допомогою методу скінчених елементів. Розглянуто процес побудови комп’ютерної моделі елементів конструкції та аналіз напружено-деформованого стану при зміні температурного режиму експлуатації. Проведено аналіз кінематичних та статичних характеристик розрахункової моделі, що досліджується.На основі отриманих результатів розрахунку визначено температурні поля балки перекриття у певні проміжки часу. Внаслідок нерівномірного розподілу температури по перерізу елемента, виникають температурні деформації. Також, через обмеження деформацій зовнішніми зв’язками, їх поява супроводжується розвитком температурних напружень. Тому вивчення особливостей температурних деформацій в сталевих конструкціях має значне практичне значення. У зв’язку з актуальністю проблеми визначення температурних напружень та деформацій у конструкціях, є необхідним уточнення та вдосконалення існуючих методів розрахунку, які достатньою мірою не можуть враховувати зміну в часі фізико-механічних характеристик сталі. Тому автори статі порахували коефіцієнти зниження фізичних властивостей перерізу і виконали статичний аналіз конструкції. Показано зміну напружено деформованого стану елементів перекриття при впливі вогню. Наведені результати розрахунку показали важливість урахування впливу температури на зміну міцнісних та деформаційних характеристик при розрахунку конструкцій. Авторами статі було розроблено та наведено алгоритм розрахунку сталевих конструкцій на міцність на гнучкість з урахуванням теплотехнічного розрахунку та розрахунку на вогнестійкість.
Анотація (англ): 
In this article, the authors conducted a study of the stress-strain and temperature state of the steel frame of the building.Verification analysis of steel section for fire resistance in the homeland software package is carried out.The obtained results were compared with the results of a similar analysis in a foreign software package.The analysis of the dynamic problem of thermal conductivity of the cross section of the beam is carried out.The basic equations for solving the boundary problem of nonstationary thermal conductivity are given.Also, the algorithm of realization of analysis of temperature deformations on section of a steel beam by finite element method is given.The process of designing analytical model of structural elements and analysis of the stress-strain state when operating temperature is changed is considered.The analysis of kinematic and static characteristics of the calculated model under study is carried out.Based on the obtained analysis results, the temperature fields of the beam at certain time intervals are determined.Due to the uneven distribution of temperature in the cross section of the element, temperature deformations are occured.Also, due to the limitation of deformations by external connections, their appearance is accompanied by the development of temperature stresses.Therefore, the study of the peculiarities of thermal deformations in steel structures has considerable practical importance.Due to the urgency of the problem of determining thermal stresses and strains in structures, it is necessary to clarify and improve existing calculation methods, which can not sufficiently take into account changes in time of physical and mechanical characteristics of steel.Therefore, the authors of the article calculated the coefficients of reduction of the physical properties of the section and performed a static analysis of the structure. The change of the stress-strain state of the floor elements under the influence of fire is shown.The results of the analysis showed the importance of taking into account the influence of temperature on the strength and deformation characteristics in the calculation of structures.The authors of the article developed and presented an algorithm for analysing the strength of steel structures for flexibility, taking into account the thermal conduction analysis and the fire resistance analysis.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2022, номер 108
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2022, number 108
Мова статті: 
Українська
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
15-108_bilyk_s.i._bashynska_o.y._bashynskyi_o.v.pdf
Дата публікації: 
05 Июль 2022
Номер збірника: 
108
Університет автора: 
Kyiv National University of Construction and Architecture 31, Povitroflotsky ave., Kyiv, Ukraine, 03037, TOV (LLC) “LIRA-SAPR”
References: 
  1. Barabash M.S. Modelirovanie zaproektnyh vozdeystviy pri issledovanii zhyznennoho cykla konstrukciy zdaniy I sooruzheniy (Modeling of beyond design impacts in the study of the life cycle of structures of buildings and structures) // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. – 2016. –Vol. 12. – Issue 3. – Р. 15-26.
  2. Barabash M.S.,Kyriazev P.N., Romashkina М.А. Chislennoe modelirovanie napriazhenno-deformirovannoho sostoyaniya kirpichnoho zhiloho zdaniya pri vzryve bytovoho gaza vnutri pomeshcheniya (Numerical simulation of the stress-strain state of a brick residential building during an indoor gas explosion) // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. – 2016.– Vol. 12. – Issue 1. – Р. 73-85.
  3. Bilyk А.S. Porivniannia metodiv rozrakhunku metalevykh karkasiv vysotnykh budivel` na odynychnu zhyvuchist` (Comparison of methods of analysis of metal frames of high-rise buildings for unit survivability) / А.S. Bilyk, А.І. Kovalenko // Zbirnyknaukovykhprac` Ukrains`kohoinstytutustalevykhkonstrukciyimeniV.M. Shymanovskoho. - 2015. - Vol. 16. - P. 30-39. - Access mode: http://nbuv.gov.ua/UJRN/ZNPISK_2015_16_6.
  4. Bilyk А.S. Dynamichni zusyllia v kolonakh stalevykh karkasiv bahatopoverkhovykh budivel` pry rozrakhunku na odynychnu zhyvuchist` (Dynamic forces in columns of steel frameworks of high-rise buildings at analysis on unit survivability) / А.S. Bilyk, А.І. Kovalenko // Resursoekonomnimaterialy, konstrukcii, budivlitasporudy. - 2016. - Vol. 32. - P. 304-309. - Access mode: http://nbuv.gov.ua/UJRN/rmkbs_2016_32_43.
  5. Bilyk А.S. Suchasni metody modeliuvannia progresuyuchoho ruynuvannia budivel` I sporud (Modern methods of modeling the progressive collapse of buildings and structures) / А.S. Bilyk, А.І. Kovalenko // Stroitel`stvo. Materialovedeniye. Mashinostroyeniye. Seriya: Sozdaniye vysokotekhnolohicheskikh ekokompleksov v Ukraine na osnove koncepcii sbalansirovannoho (ustoychivoho) razvitiya. - 2016. - Vol. 87. - С. 35-41. - Access mode: http://nbuv.gov.ua/UJRN/smmcvtek_2016_87_5
  6. Gorodetskiy А.S. Nekotorye aspekty rascheta zdaniy na ustoychivost` k progressiruyushchemu razrusheniyu (Some aspects of the analysis of buildings for resistance to progressive collapse) / А.S. Gorodetskiy, М.S. Barabash // Stroitel`stvo. Materialovedeniye. Mashinostroyeniye. Seriya:Innovacionnyetekhnolohiizhiznennohociklaobyektovzhilishchno-grazhdanskoho, promyshlennohoItransportnohonaznacheniya. - 2009. - Vol. 50. - P. 157-162. - Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/smmit_2009_50_27
  7. Gorodetskiy А.S. Kompyuternyye modeli konstruktsiy (Computer models of structures)/ А.S. Gorodetskiy, i. D.Evzerov. – М. : Izdatel`stvo АSV, 2009. –360 p.
  8. Klovanich S.F. Metod konechnykh elementov v nelineynykh zadachakh inzhenernoy mekhaniki (Finiteelementmethodinnonlinearproblemsofengineeringmechanics) / S.F. Klovanich. – Zaporozhie: Izdatel`stvozhurnala “Svitgeotekhniky”, 2009, – 400 p.
  9. Zenkevich О.S. Metod konechnykh elementov v tekhnike. Monografiya.(Finite element method in engineering. Monograph) — Perevod s angliyskogo. — М.: Mir, 1975. — 543 p.
  10. DBN В.1.2-2:2006. Sistema zabezpechennya nadіynostі ta bezpeki budіvelnikh ob’єktіv. Navantazhennya і vplivi. Normi proyektuvannya. (Reliability and safety system for construction projects. Loads and effects. Design standards) – Kyiv: Minbud Ukrainy, 2006. – 77 p. – (Derzhavni budivelni normi Ukrayini).
  11. DBN В.2.6-198:2014. Konstruktsії budіvel і sporud. Stalevі konstruktsії. Normi proyektuvannya (Constructions of buildings and structures. Steel structures. Design standards.) – Kyiv: MinrehionUkrayiny, 2014. – 199 p. – (Derzhavni budivelni normi Ukrayini).
  12. DSTU-NB EN 1993-1-2:2010. Eurocode 3. Proyektuvannya stalevikh konstruktsіy. Chastina 1-2. Zagalnі polozhennya. Rozrakhunok konstruktsіy na vognestіykіst(Design of steel structures. Part 1-2. Terms. Analysis of structures for fire resistance) (EN 1993-1-2:2005, IDT). - [Chynni vid 2013-07-01]. – К.: MinrehionbudUkrayini, 2010. – 106 p.
  13. Rozrakhunok stalevikh konstruktsіy na vognestіykіst vіdpovіdno do Єvrokodu 3. Praktichniy posіbnik doDSTU-N EN 1993-1-2:2010 (Analysis of steel structures for fire resistance in accordance with Eurocode 3. Practical guide toDSTU-N EN 1993-1-2:2010) / Ukrayinskiy Tsentr Stalevogo Budіvnitstva. – Kyiv, 2016. 81 p.
  14. PD 6688-1-2:2007. Reference document to the British National Annex toBS EN 1991-1-2 (with changes made in June2007). — British Standards Institute, 2007.
  15. Barabash М., Romashkina M., Bashynska O. Thermal stress state of reinforced concrete floor slab // Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles – Kyiv: KNUBA, 2019. – Issue 103 . – P. 43-56.
  16. Behnam, B. and Rezvani, F.H. Structural evaluation of tall steel moment-resisting structures in simulated horizontally travelling postearthquake fire.– Journal of Performance of Constructed Facilities, DOI:10.1061/(ASCE) CF.1943-5509.0000696. – 2015.
  17. B.A. Izzuddin, A.G. Vlassis, A.Y. Elghazouli, D.A. Nethercot. Progressive collapse of multi-storey buildings due to sudden column loss — Part I: Simplified assessment framework // Engineering Structures. - London: Elsevier, 2008.– Volume 30. – p. 1308-1318.
  18. A.G. Vlassis, B.A. Izzuddin, A.Y. Elghazouli, D.A. Nethercot. Progressive collapse of multi-storey buildings due to sudden column loss—Part II: Application// Engineering Structures. - London: Elsevier, 2008.– Volume 34. – p. 1424-1438.
  19. DSTU-NB В.2.6-211:2016Proyektuvannya stalevikh konstruktsіy. Rozrakhunok konstruktsіy na vognestіykіst. (Design of steel structures. Analysis of structures for fire resistance) – Kyiv : MinrehionUkrayini, 2016. – 136 с.
  20. Bilyk S.I., Bilyk А.S., Nilova T.O., Shpynda V.Z., Tsyupyn E.I. Buckling of the steel frames with the I-shaped cross-section columns of variable web height // Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles – Kyiv: KNUBA, 2018. – Issue 100. – P. 140-154. http: library.knuba.edu.ua/books/zbirniki/12/201604.pdf.
  21. Bilyk Sergiy, Tonkacheiev Vitaliy Determining sloped-load limits inside von Mises truss with elastic support. Materiali in tehnologije., Ljubljana, Slovenija 52 (2018), 105-109, doi:10.17222/mit.2016.083 http://mit.imt.si/Revija/izvodi/mit182/bilyk.pdf .