Характеристики термопрофильных конструкций продолжают изучать ученые ЮУрГУ. В новом исследовании они рассмотрели их поведение при изгибе. Исследователями была разработана формула, которую предлагают внести в правила проектирования каркасов современных зданий. Статья с результатами исследования опубликована в журнале первого квартиля «Thin-Walled Structures».
Легкие конструкции для современного строительства
Легкие стальные тонкостенные конструкции (ЛСТК) широко применяются в строительстве на протяжении многих десятилетий. Эта технология отличается доступностью материала, а значит, дешевизной готовых конструкций. ЛСТК применяют в строительстве любых сооружений, от рабочих ангаров до жилых домов. Благодаря их использованию, возрастает скорость возведения зданий.
У легких стальных тонкостенных конструкций есть множество форм и конфигураций, появившихся в результате совершенствования производственных технологий и роста потребности в создании энергоэффективных систем. Наибольший интерес среди ученых Южно-Уральского государственного университета вызвали термопрофили — конструкции с перфорацией стенки. Просечки нанесены в шахматном порядке, что приводит к снижению теплопроводности конструкций. Хотя термопрофили используются с 1990-х годов, рекомендации для их расчета и проектирования все еще не до конца разработаны. Этот пробел в течение последних пяти лет восполняет команда исследователей вместе с к.т.н., доцентом Архитектурно-строительного института ЮУрГУ Натальей Дегтярёвой.
«По последним данным, в России на строительство из легких стальных тонкостенных конструкций приходится всего 0,5% от общего количества, а из термопрофилей, соответственно, еще меньше. Считается, что более широкому распространению строительства зданий из термопрофилей будет способствовать хорошо разработанная и понятная проектировщикам нормативная литература. Качественные исследования в этой области должны повысить интерес к применению термопрофилей в строительстве», — рассказала она.
На фото: Термопрофильная балка после испытаний
Новые рекомендации проектировщикам
В последнем исследовании ученые определили прочность термопрофильных конструкций при изгибе. Прорези в стенках снижают несущую способность конструкций балок на 11%. Чтобы при проектировании конструкций учитывались эти особенности, авторы исследования предложили формулы для расчета изгибной способности термопрофилей.
Основой работы стало конечно-элементное моделирование в программном комплексе Ansys (доступен в суперкомпьютерном центре ЮУрГУ), которое с максимальной точностью описывает испытанную конструкцию. Правильность разработки модели ученые определили, используя экспериментальные результаты коллег, опубликованные в свободном доступе.
«В результате исследования работы термопрофилей при изгибе мы поняли, как ведет себя конструкция, определили, насколько снижается несущая способность балок из-за наличия перфораций, и разработали рекомендации по определению несущей способности термопрофилей при изгибе. За последние пять лет было опубликовано 9 статей по этой теме в ведущих международных рецензируемых журналах. Дальнейшие исследования в этой области уже запланированы», — продолжила Наталья Дегтярёва.
Разработанные формулы и рекомендации по определению несущей способности термопрофилей при изгибе, считают исследователи, должны быть добавлены в правила проектирования легких стальных тонкостенных конструкций. Они облегчат работу организациям, которые используют ЛСТК.
Южно-Уральский государственный университет – это университет цифровых трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегий научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В рамках данных направлений исследуются объекты металлургии, машиностроения, энергетики, ЖКХ, безопасного пространства городской инфраструктуры и комфорта человека.
ЮУрГУ – участник Проекта 5-100, призванного повысить конкурентоспособность российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров.