Analiza współpracy blachy fałdowej z płatwiami zimnogiętymi
Wariant tytułu
Analysis of interaction between cold-formed zed-purlins and steel roof sheeting under loading
Autor
Pięciorak, Edyta
Promotor
dr hab. inż. Marek Piekarczyk, prof. PK
Data wydania
2010
Wydawca
[s.n.]
Język
polski
Abstrakt
Belki stalowe z profili cienkościennych o różnych kształtach przekroju poprzecznego np.: Z, C, sigma znajdują obecnie szerokie zastosowanie jako elementy podparcia nowoczesnych pokryć z blach trapezowych. W tego typu rozwiązaniach istotną rolę odgrywa współpraca zespołu belka – blacha i belka – izolacja – blacha. W celu przybliżenia tego zagadnienia przeprowadzono analizę doświadczalną, numeryczną i analityczną zachowania się pod obciążeniem grawitacyjnym zespołu elementów tworzących przekrycie dachowe tj. blachy fałdowej, izolacji termicznej i płatwi zimnogiętych.
Badaniom poddano dwa modele stanowiące fragmenty konstrukcji nośnej pokrycia dachowego lekkich hal magazynowych. Wyniki uzyskane dla modelu BIB, w którym pomiędzy blachę trapezową a płatwie wstawiono warstwę izolacyjną porównano z wynikami osiągniętymi dla modelu BB bez izolacji termicznej. Wyniki badań doświadczalnych wykazały doraźnie korzystny wpływ izolacji termicznej na nośność pokrycia z blachy trapezowej. Wartość obciążenia pionowego V dla modelu BIB z izolacją termiczną w chwili zniszczenia wyniosła 59 kN podczas, gdy dla modelu BB bez izolacji 52 kN.
W oparciu o wyniki badań eksperymentalnych opracowano model numeryczny MES odpowiedni dla analizy zachowania się konstrukcji rozważanego przekrycia dachu. Analizę numeryczną przeprowadzono przy użyciu programów numerycznych Abaqus i MSC. Marc. Uzyskane wyniki numeryczne porównano z wynikami doświadczalnymi zachowania się takiego przekrycia pod obciążeniem. Duża zgodność wyników numerycznych z eksperymentalnymi potwierdziła tezę o poprawności przyjętego modelu numerycznego. Ponadto pokazano, że elementy stalowe takie jak belki oraz blacha trapezowa mogą być efektywnie modelowane przy użyciu powłokowych elementów skończonych, natomiast wełna mineralna jako element bryłowy. Opracowany model numeryczny MES pozwala na dogodną symulację zachowania się pod obciążeniem układów konstrukcyjnych pokryć tego typu.
Na drodze badań doświadczalnych i obliczeń analitycznych wykazano, że nośności elementów pokrycia w przypadku rozwiązań z umieszczoną między nimi wełną mineralną mogą być wyznaczane w sposób bezpieczny z użyciem procedur podanych w EC – 3.
Steel beams from thin-walled profiles of various cross-sections e.g. Z, C, sigma are widely applied as supporting elements in modern trapezoid sheet roof coverings. In these types of structures a beam-sheet and a beam-insulation-sheet co-action plays a fundamental role. In order to clarify the above mentioned phenomenon an experimental, numerical and analytical analysis for a coupled set of elements, i.e. trapezoid sheets, thermal insulation and cold-formed Z purlins forming a roof covering under loading was carried out.
The two test models were both a piece of the load-bearing structure of a roof covering being in use in lightweight warehouse halls. The results gained for the model with the thermo-insulation placed between the roof purlins and the trapezoid sheet were compared with the values obtained for the model without any thermo-insulation. The experimental results showed temporarily positive influence of thermo-insulation on the carrying-capacity for a trapezoid sheet roof-covering. The two models showed similar carrying capacities however the laterally displacements of the purlins in the insulated covering were more significant. The value of the load V at the time of failure from the model with thermo-insulation was 59 kN whereas for the model without thermo-insulation 52 kN.
On the basis of the experimental results a numerical model FEM adequate for the analysis of the behaviour of such roof covering structures was elaborated. The numerical calculations were carried out with use of the programs Abaqus and MSC.Marc. The results were compared with the values obtained for the true models in the loading tests. A high adequacy of numerical and experimental results proved the correctness of the assumed numerical model. It showed that the analysed beam-sheet structure may be effectively modelled as a whole with use of shell finite elements for steel profiles and sheet roof and brick elements for insulation blankets. The elaborated FEM model of a roof covering is appropriate for simulating the behavior of a true structure of the type.
The results obtained in the experimental way and calculations according to EC- rules showed that the carrying-capacities of roof-covering for thermo-insulation placed between the roof purlins and the trapezoid sheet would be design safety according to the rules after the EC-3.
Klasyfikacja PKT
630000 Budownictwo
Wydział
Wydział Inżynierii Lądowej
Licencja
Licencja PK. Brak możliwości edycji i druku.
Prawa dostępu
Zasób dostępny dla zalogowanych użytkowników lub z komputerów w domenie PK
