Порівняльний аналіз розрахунку бази колони при дії згинального моменту в
DOI:
https://doi.org/10.33271/crpnmu/84.184Ключові слова:
база колони, напружено-деформований стан, напіваналітичний метод скінченних елементів (НМСЕ), Idea, StatiCa, Connection, LIRA, SAPR, згинальний момент, консольна пластинаАнотація
Мета. Полягає в порівняльному аналізі результатів розрахунку бази сталевої колони під дією згинального моменту, отриманих за допомогою чотирьох підходів: напіваналітичного методу скінченних елементів (НМСЕ), програмного комплексу Idea StatiCa Connection, програмного комплексу LIRA-SAPR та аналітичного розрахунку, а також встановлення фізичних причин розбіжностей між методами. Методика. Дослідження виконано на основі розрахунків бази колони перерізу 30К1 на плиті 490×490×20 мм при згинальному моменті M= 10 кН·м. В НМСЕ застосовано об'ємні елементи з контактною взаємодією через зональний метод, в IdeaStatiCa — оболонкові елементи з моделлю Вінклера, в LIRA-SAPR — об'ємні елементи. Аналітичний розрахунок виконано для консольної пластини з трикутним епюром тиску фундаменту. Результати. Встановлено задовільну збіжність зусиль в анкерних болтах між усіма методами — розбіжність не перевищує 14%. Виявлено суттєву залежність напружень в опорній плиті від прийнятої розрахункової схеми: Idea StatiCa та LIRA-SAPRдають близькі результати – 35.2 та 37.6 МПа при розбіжності 6%, тоді як НМСЕ дає 15.9 МПа через застосування об'ємних скінченних елементів для тонкої пластини (t/L = 0.04). Аналітичний розрахунок пояснює отримані розбіжності різним розрахунковим вильотом консолі плити. Наукова новизна. Вперше виконано комплексний порівняльний аналіз чотирьох методів розрахунку бази колони. Встановлено що зусилля в болтах демонструють високу збіжність між методами, тоді як напруження в плиті залежать від типу скінченних елементів – різниця досягає 2.4 рази. Показано що для тонкої пластини оболонкові елементи є фізично більш обґрунтованими, що підтверджується аналітичним розрахунком. Практична значимість. Отримані результати дозволяють інженеру-проектувальнику здійснити обґрунтований вибір розрахункового підходу при проектуванні баз сталевих колон з урахуванням особливостей кожного методу. Встановлені закономірності сприяють вдосконаленню методик розрахунку вузлів кріплення колон до фундаменту та підвищенню точності оцінки їх напружено-деформованого стану.Посилання
1. Aleshin, V., Bou Matar, O., & Van Den Abeele, K. (2020). On Applications of Semi-Analytical Methods of Contact Mechanics. Frontiers in Mechanical Engineering , 6 , Article 30. https://doi.org/10.3389/fmech.2020.00030
2. Altenbach, H., & Öchsner, A. (Eds.). (2020). Winkler Foundation Models. In Encyclopedia of Continuum Mechanics . Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-662-55771-6
3. Bazhenov, V. A., Shkril', А. A., Maksymyuk, Yu. V., Martyniuk, I. Yu., & Maksymyuk, О. V. (2020). Semi-analytical method of finished elements in elastic and elastic-plastic position for curviline prismatic objects. Opir materialiv i teoriia sporud (Resistance of Materials and Theory of Structures) , (105), 24–32. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2020.105.24-32
4. Bouzid, A. H., & Nechache, A. (2005). Flange leakage and bolt load in bolted flange joints. Journal of Pressure Vessel Technology , 127 (4), 413-418. https://doi.org/10.1115/1.2042477
5. EN 1993-1-8:2005. (2005). Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-8: Design of joints. Brussels: European Committee for Standardization.
6. IDEA StatiCa s.r.o. (2024). IDEA StatiCa Connection – Theoretical background. Retrieved from https://www.ideastatica.com/support-center/theoretical-background
7. Ivanchenko, H. M., Maksymiuk, Yu. V., Kozak, A. A., & Martyniuk, I. Yu. (2021). Construction of solving equations of the semi-analytical finite element method for prismatic bodies of complex shape. Management of Development of Complex Systems , (46), 55–62. https://doi.org/10.32347/2412-9933.2021.46.55-62
8. Kim, J., Yoon, J. C., & Kang, B. S. (2007). Finite element analysis and modeling of structure with bolted joints. Applied Mathematical Modelling , 31 (6), 895–911. https://doi.org/10.1016/j.apm.2006.03.020
9. LiraLand Group. (2023). LIRA-SAPR Software Package. Calculation and Design Examples: Educational manual. Kyiv: LiraLand. Retrieved from https://www.liraland.ua/download/private/lira/2023/lira_sapr_examples_ua.pdf
10. Mitsiuk, S. V., Maksym'yuk, Yu. V., & Mitsiuk, D. V. (2025). Comparative analysis of the results of flange connection calculation using the FEM and CFEM methods. Modern Engineering and Innovative Technologies , (40, Part 2), 88–96. https://doi.org/10.30890/2567-5273.2025-40-02
11. Piskunov, S. O., Mitsiuk, S. V., & Mitsiuk, D. V. (2026). Zonal Method for Contact Interaction Modeling in the Semi-Analytical Finite Element Method. Resistance of Materials and Theory of Structures , (116). (In press).
12. Stamatopoulos, G. N., & Ermopoulos, J. Ch. (2011). Experimental and analytical investigation of steel column bases. Journal of Constructional Steel Research , 67 (9), 1341–1357. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2011.03.007
13. Vabishchevych, M. O., & Storchak, D. A. (2022). Solution of nonlinear contact problems of deformation of nodal connections of steel structures. Opir materialiv i teoriia sporud (Resistance of Materials and Theory of Structures) , (108), 178–188. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2022.108.178-188
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
All articles are published under the Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
Authors are permitted and encouraged to deposit the final published version of their article, or the Author's Accepted Manuscript (AAM), in institutional or subject-specific open-access repositories (including the university's own institutional repository, CORE, Zenodo, or Figshare), ensuring maximum visibility, accessibility, and impact of the publication.
