Progressive collapse of the special-type arch systems: modeling algorithm

Abstract

Розглянуто безкаркасні покриття – аркові покриття особливого типу, використання яких останнім часом поширюється на території України. Ці покриття, за змістом, є складеними циліндричними ребристими оболонками відкритого типу, що складаються з аркових конструктивних елементів – тонкостінного холоднодеформованого металевого профіля. На основі прийнятих гіпотез та втілення засад конструкційної нелінійності побудовано скінченноелементні моделі зазначених покриттів, а також розроблено та запропоновано спосіб запобігання прогресуючому руйнуванню. Створено скінченноелементні моделі, що реалізують зазначені конструктивні заходи запобігання прогресу руйнування. Під час проведеного дослідження проаналізовано напружено-деформований стан оригінальних та модернізованих конструкцій покриттів. Визначено відповідні форми втрати стійкості та параметра запасу стійкості (критичний параметр стійкості). Практичне значення методу визначається логічно складеною та обґрунтованою процедурою моделювання операцій, що дає змогу проаналізувати стан напруженості та можливість прогресивного обвалення аркових покриттів спеціального типу. Отримані під час дослідження компоненти напружено-деформованого стану подано у вигляді мозаїк ізополів основних розтягуючих напружень σ1 та основних стискаючих напружень σ3, а також у вигляді ізополів вертикальних переміщень та коефіцієнта запасу стійкості у вигляді відносної діаграми для кожної зі скінченноелементних моделей.

This paper is devoted to the frameless coverings – special-type arch coverings extended to territories of Ukraine. This type of covering is essentially folded open type cylindrical ribbed shells that are based on an arched structural element – the thin-walled, cold-deformed profile. Based on accepted hypotheses and implementing structural nonlinearity and illustrating the possibility of progressive collapse, the algorithm of creating finite-element models of these coverings was constructed. During the research, to the verification created algorithm, the full-scale experiment was done. The stress-strain state of a block of the original structure and numerical model were analyzed. The components of the stressstrain state obtained in the research are presented in the form of a mosaic of the vertical deflections. Comparison of the calculated deflections and the experimental ones are shown. The qualitative congruence of the results proves the adequacy of the algorithm.