Понашање ексцентрично притиснутих хладно-обликованих челичних елемената са отворима у ребру
Ponašanje ekscentrično pritisnutih hladno-oblikovanih čeličnih elemenata sa otvorima u rebru
Author
Živaljević, VladimirMentor
Džolev, IgorCommittee members
Rašeta, AndrijaKovačević, Dušan
Vukobratović, Vladimir
Jovanović, Đorđe
Nefovska-Danilović, Marija
Džolev, Igor
Metadata
Show full item recordAbstract
Развој светског грађевинског сектора је осим све учесталијег унапређивања карактеристика грађевинских материјала остварен и изналажењем начина за брзом реализацијом пројеката. Иновације у погледу механизације, логистике, процеса пројектовања, те процеса производње конструктивних елемената су неки од кључних фактора који су допринели смањењу рокова изградње. Једно од поља у којима је остварено унапређење процеса производње је свакако поље челичних конструкција, тачније, танкозидних елемената формираних од хладно-обликованих профила. У самом почетку, оно је подразумевало изналажење оптималних облика попречних пресека елемената, а касније и додатна унапређења како би се са највећом ефикасношћу црпиле могућности које процес хладног обликовања пружа. Једно од многих побољшања урађено је када су хладно-обликовани елементи први пут почели да се производе са отворима у ребру. Овакав начин производње не само да је утицао на олакшање конструкција, већ је и пружио могућност ефикаснијег искоришћењ...а простора у објекту тако што се сада електричне, водоводне или грејне инсталације могу поставити у раван носећих или преградних зидова и међуспратних конструкција. Предмет истраживања ове докторске дисертације су танкозидни хладно-обликовани елементи са отворима у ребру оптерећени истовременим дејством притиска и савијања. Спроведено је опсежно експериментално испитивање у три фазе: испитивање механичких својстава материјала, мерење почетних геометријских имперфекција и испитивање хладно-обликованих елемената на дејство ексцентричног притиска. Експериментално истраживање симулирано је у оквиру нумеричких анализа применом софтвера Abaqus. Нумеричке симулације експерименталног испитивања послужиле су као основа за калибрацију модела за накнадне параметарске анализе, са циљем сагледавања утицаја и осетљивости различитих фактора на понашање и носивост хладно-обликованих елемената са отворима у ребру. Параметризовани су дужина елемента, облик попречног пресека, број и величина отвора у ребру, као и интензитет дејства силе притиска и момента савијања. Примећено је да за елементе код којих се локално и дисторзионо извијање јављају као доминантни облици губитка стабилности, линеарна фунцкија интеракционог дијаграма не даје резултате који су увек на страни сигурности. Такође, примећено је да се криве интеракционих дијаграма елемената са отворима у ребру „померају“ ка унутрашњости дијаграма, тј. ка границама успостављеним критеријумима у SRPS EN 1993-1-3. Стога, предложени су нови изрази за контролу интеракције нормалне силе притиска и момента савијања хладно-обликованих челичних елемената.
Razvoj svetskog građevinskog sektora je osim sve učestalijeg unapređivanja karakteristika građevinskih materijala ostvaren i iznalaženjem načina za brzom realizacijom projekata. Inovacije u pogledu mehanizacije, logistike, procesa projektovanja, te procesa proizvodnje konstruktivnih elemenata su neki od ključnih faktora koji su doprineli smanjenju rokova izgradnje. Jedno od polja u kojima je ostvareno unapređenje procesa proizvodnje je svakako polje čeličnih konstrukcija, tačnije, tankozidnih elemenata formiranih od hladno-oblikovanih profila. U samom početku, ono je podrazumevalo iznalaženje optimalnih oblika poprečnih preseka elemenata, a kasnije i dodatna unapređenja kako bi se sa najvećom efikasnošću crpile mogućnosti koje proces hladnog oblikovanja pruža. Jedno od mnogih poboljšanja urađeno je kada su hladno-oblikovani elementi prvi put počeli da se proizvode sa otvorima u rebru. Ovakav način proizvodnje ne samo da je uticao na olakšanje konstrukcija, već je i pružio mogućnost efi...kasnijeg iskorišćenja prostora u objektu tako što se sada električne, vodovodne ili grejne instalacije mogu postaviti u ravan nosećih ili pregradnih zidova i međuspratnih konstrukcija. Predmet istraživanja ove doktorske disertacije su tankozidni hladno-oblikovani elementi sa otvorima u rebru opterećeni istovremenim dejstvom pritiska i savijanja. Sprovedeno je opsežno eksperimentalno ispitivanje u tri faze: ispitivanje mehaničkih svojstava materijala, merenje početnih geometrijskih imperfekcija i ispitivanje hladno-oblikovanih elemenata na dejstvo ekscentričnog pritiska. Eksperimentalno istraživanje simulirano je u okviru numeričkih analiza primenom softvera Abaqus. Numeričke simulacije eksperimentalnog ispitivanja poslužile su kao osnova za kalibraciju modela za naknadne parametarske analize, sa ciljem sagledavanja uticaja i osetljivosti različitih faktora na ponašanje i nosivost hladno-oblikovanih elemenata sa otvorima u rebru. Parametrizovani su dužina elementa, oblik poprečnog preseka, broj i veličina otvora u rebru, kao i intenzitet dejstva sile pritiska i momenta savijanja. Primećeno je da za elemente kod kojih se lokalno i distorziono izvijanje javljaju kao dominantni oblici gubitka stabilnosti, linearna funckija interakcionog dijagrama ne daje rezultate koji su uvek na strani sigurnosti. Takođe, primećeno je da se krive interakcionih dijagrama elemenata sa otvorima u rebru „pomeraju“ ka unutrašnjosti dijagrama, tj. ka granicama uspostavljenim kriterijumima u SRPS EN 1993-1-3. Stoga, predloženi su novi izrazi za kontrolu interakcije normalne sile pritiska i momenta savijanja hladno-oblikovanih čeličnih elemenata.
The development of the global construction market was accomplished not only by the frequent improvement of the characteristics of structural materials, but also by discovering new ways of quickly project realisation. Innovations in terms of mechanization, logistics, design process, and the production process of structural elements are some of the key factors in contribution to the reduction of the entire construction process. One of the fields in which the improvement of the production process has been achieved is certainly the field of steel structures, or more precisely, the field of thin-walled elements formed by the process of cold-forming. At its very beginning, the orientation was set to finding the optimal cross-section shapes. Later, additional improvements were made in order to exploit more efficiently the possibilities that the process of cold forming offers. One of the many improvements was introduction of the web holes. This production method not only influenced on the decr...ease of the structural weight, but also provided the possibility of more efficient use of the space in buildings. Consequently, electrical, plumbing or heating installations can be placed within the thickness of walls and floor slabs. The research of this doctoral dissertation is oriented on thin-walled cold-formed elements with web holes, subjected to the simultaneous load of compression and bending. An extensive experimental investigation was carried out in three phases: (i) determination of the mechanical properties of the material, (ii) measuring of the initial geometric imperfections and (iii) eccentric axial load testing of the cold-formed steel elements. The experimental research was numerically simulated with the use of the Abaqus software. These simulations served as a groundwork for model calibration for subsequent parametric analyses, which were carried out aiming to determine the influence and sensitivity of various factors on the behaviour and bearing capacity of cold-formed elements with web holes. Element length, cross-section shape, the number and size of the web holes, as well as the axial load and bending moment intensity were parameterized. It was observed that for elements, for which the loss of stability was governed by the local or distortional buckling shape, the linear function of the interaction diagram yields results that are not always on the safety side. Moreover, it was noticed that the interaction curves of the elements with the web holes „move“ towards the inner side of the diagram, i.e. towards the boundaries of the criteria established in SRPS EN 1993-1-3. Hence, a new set of equations was proposed for the purpose of controling the axial compressive load-to-bending moment interaction of cold-formed steel elements.