В ближайшие годы в нашей стране прогнозируется расширение применения стальных каркасов при строительстве многоэтажных жилых зданий, особенно в сейсмоопасных районах. Массовое использование стали для каркасов гражданских зданий выдвигает на первый план проблемы снижения материалоемкости элементов и узлов каркасов, разработки новых эффективных конструктивных решений, позволяющих оптимально использовать их несущую способность. Одновременно должны решаться задачи повышения надежности и долговечности сооружений, что возможно только при условии применения при проектировании верифицированных расчетных моделей. В рамках диссертационного исследования одного из авторов изучалась работа фланцевых узлов многоэтажных стальных каркасов гражданских зданий при сейсмических нагрузках. Была создана конечно-элементная модель узла, для уточнения напряженно-деформированного состояния которой и изучения характера действующих нагрузок, выполнены экспериментальные исследования. При проектировании сейсмостойких зданий необходимо учитывать, что при землетрясениях отдельные несущие конструкции и их узлы получают повреждения, при этом сама система изменяет свои амплитудно-частотные характеристики, диссипативные, прочностные и жесткостные свойства во времени. Для численного интегрирования уравнений движения и экспериментальных исследований фланцевого узла стального каркаса необходимо задаться средними значениями частот колебаний. По имеющимся в открытой печати инструментальным записям ускорений основания при реальных землетрясениях были построены графики амплитуд ускорений, получены после обработки массивов данных амплитудно-частотные характеристики, отмечены преобладающие частоты и соответствующие им амплитуды ускорений. Динамические испытания образцов проводились на гидроэлектрическом сейсмостенде. Было выявлено появление пластических деформаций в некоторых элементах и соединениях, которые не приводят к разрушению узла в целом. Результаты экспериментальных и численных исследований дают представление о реальной физической модели деформирования и разрушения конструкции, позволяют обоснованно выбирать пределы идеализации расчетной модели, создавать цифровую модель в соответствии с реальной физической моделью работы конструкции в условиях эксплуатации.
In the coming years, our country is projected to expand the use of steel frames in the construction of multi-storey residential buildings, especially in earthquake areas. The massive use of steel for the frames of civil buildings highlights the problems of reducing the material consumption of elements and components of the frames, the development of new effective design solutions that make it possible to optimally use their bearing capacity. At the same time, the tasks of increasing the reliability and durability of structures should be solved, which is possible only if verified calculation models are used in the design. As part of the dissertation research of one of the authors, the operation multi-storey buildings steel frame flange joints was studied. A finite element model of the connection was created, to clarify the stress-strain state of which and to study the nature of the acting loads, experimental research were performed. When designing earthquake-resistant buildings, it is necessary to take into account that during earthquakes, individual supporting structures and their nodes are damaged, while the system itself changes its frequency response, dissipative, strength and stiffness properties over time. For the numerical integration of the equations of motion and experimental studies of the flange assembly of the steel frame, it is necessary to set the average values of the oscillation frequencies. According to the instrumental records of base accelerations available in the open press during real earthquakes, graphs of the acceleration amplitudes were plotted, the frequency response was obtained after processing the data arrays, the prevailing frequencies and the corresponding acceleration amplitudes were noted. Dynamic tests of the samples were carried out on a hydroelectric vibration platform. The appearance of plastic deformations in some elements and joints was revealed, which do not lead to the destruction of the assembly as a whole. The results of experimental and numerical research give an idea of the real physical model of deformation and destruction of the structure, allow to reasonably choose the limits of the idealization of the calculation model, create a digital model in accordance with the real physical model of the structure in operation.