Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Владимир, Россия

М. В. Лукин, доцент кафедры строительных конструкций, канд. техн. наук, эл. почта: lukin_mihail_22@mail.ru
Д. А. Чибрикин, старший преподаватель кафедры строительных конструкций, канд. техн. наук, эл. почта: dachibrikin@outlook.com

С. И. Рощина, заведующая кафедрой строительных конструкций, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: rsi3@mail.ru

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Владимир, Россия¹ ; Уханьский текстильный университет, Ухань, Китай² ; Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», Москва, Россия³
В. Б. Деев*, главный научный сотрудник , профессор-эксперт факультета машиностроения и автоматизации², профессор кафедры обработки металлов давлением³, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: deev.vb@mail.ru

*Корреспондирующий автор.

Научно-технический прогресс в области строительства тесно связан с проблемами развития и совершенствования стальных изделий и конструкций. Внедрение легких металлических конструкций имеет важное значение для развития промышленных строительных технологий для цехов металлургических предприятий. Уменьшение массы конструкций приводит к снижению затрат на транспортировку и упрощению монтажа. Для дальнейшего совершенствования процесса проектирования, изготовления и монтажа легких металлических конструкций необходимо сочетание оптимальных показателей материалов. В производстве металлических конструкций обычно применяют низкоуглеродистые стали. Данное исследование показывает возможность и целесообразность повышения эффективности за счет применения сталей других марок (Ст2сп, Ст3сп, 30, 45, 40Х, 65Г). Рассмотрены стали различных марок, исследовано их напряженно-деформированное состояние (НДС) при воздействии нагрузок статического характера, а также оценено их влияние на прочность и деформируемость металлических конструкций. Исследование обосновывает теоретическую возможность применения других марок стали для создания строительных конструкций, что позволяет расширить ассортимент стальных конструкций в целом. Численные исследования проведены в расчетном программном комплексе Lira 10.12 с учетом линейной физической модели исследуемых материалов, что позволяет оценить действительное НДС конструкций с учетом вариации марок стали. Применение других марок стали позволяет повысить прочность стальной конструкции на 1,52–22,44 % и снизить деформируемость на 3,5–35,47 %. По результатам исследования в качестве материала для металлических конструкций рекомендована сталь Ст65Г, применение которой при изготовлении растянутых элементов фермы позволяет снизить их общую материалоемкость за счет уменьшения размеров поперечных сечений. В связи с этим появляется научно обоснованная возможность снижения себестоимости конструкций при сохранении их несущей способности.

Работа выполнена в рамках государственного задания в сфере научной деятельности Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема FZUN-2020-0015, госзадание ВлГУ). Исследования проводили с использованием оборудования межрегионального многопрофильного и междисциплинарного центра коллективного пользования перспективных и конкурентоспособных технологий по направлениям развития и применения в промышленности/машиностроении отечественных достижений в области нанотехнологий (соглашение № 075-15-2021-692 от 5 августа 2021 г.).

1. Tkadlečková M. Numerical modelling in steel metallurgy // Metals. 2021. Vol. 11. 885. DOI: 10.3390/met11060885
2. Chairunnisa N., Satyarno I., Muslikh M., Aminullah A. Parametrical study in non-linear numerical analysis of a coupling beam with steel truss configuration in shear wall system // Int. Rev. Civ. Eng. 2019. Vol. 10, Iss. 4. 197. DOI: 10.15866/irece.v10i4.16813
3. Yi C. P., Nordlund E., Zhang P., Warema S. et al. Numerical modeling for a simulated rockburst experiment using LS-DYNA // Underground Space. 2021. Vol. 6, Iss. 2. P. 153–162. DOI: 10.1016/j.undsp.2019.11.002
4. Hadjipantelis N., Kyvelou P., Gardner L., Wadee M. A. Numerical modelling of prestressed composite cold-formed steel flooring systems // Adv. Eng. Mater. Struct. Syst. Innov. Mech. Appl. Proc. 7th Int. Conf. Struct. Eng. Mech. Comput. 2019. DOI: 10.1201/9780429426506-185
5. Queheillalt D. T., Wadley H. N. G. Cellular metal lattices with hollow trusses // Acta Mater. 2005. Vol. 53, Iss. 2. P. 303–313. DOI: 10.1016/j.actamat.2004.09.024
6. Fahmy M. F. M., Sayed A. H., Farghal O. A., Ahmed A. E. M. Flexural behavior of new hybrid profiled steel-FRP T-beams filled with concrete: Development and validation // J. Compos. Constr. 2020. Vol. 24, Iss. 2. DOI: 10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0001007
7. Hussein A., Hao L., Yan C., Everson R. et al. Advanced lattice support structures for metal additive manufacturing // J. Mater. Process. Technol. 2013. Vol. 213, Iss. 7. P. 1019–1026. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2013.01.020
8. Shahsavari V., Mehrkash M., Santini-Bell E. Damage detection and decreased load carrying capacity assessment of a vertical-lift steel truss bridge // J. Perform. Constr. Facil. 2019. DOI: 10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0001400
9. Reda M., Sharaf T., ElSabbagh A., ElGhandour M. Behavior and design for component and system of cold-formed steel roof trusses // Thin-Walled Structures. 2019. Vol. 135, Iss. 4. P. 21–32. DOI: 10.1016/j.tws.2018.10.038
10. Rashed M. G., Ashraf M., Mines R. A. W., Hazell P. J. Metallic microlattice materials: A current state of the art on manufacturing, mechanical properties and applications // Mater Des. 2016. Vol. 95. P. 518–533. DOI: 10.1016/j.matdes.2016.01.146
11. Nedelcu M., Chira N., Cucu H. L., Popa A. G. Buckling mode decomposition of thin-walled members with holes // Res. Appl. Struct. Eng. Mech. Comput. Proc. 5th Int. Conf. Struct. Eng. Mech. Comput. SEMC 2013.
12. Rodríguez-Martínez J. A., Rusinek A., Arias A. Thermo-viscoplastic behaviour of 2024-T3 aluminium sheets subjected to low velocity perforation at different temperatures // Thin-Walled Structures. 2011. Vol. 49, Iss. 7. P. 819–832. DOI: 10.1016/j.tws.2011.02.007
13. Deng N., Zhou X., Zhou M., Peng S. Numerical simulation of the melting behavior of steel scrap in hot metal // Metals. 2020. Vol. 10. 678.
14. Wang Y., Feng J., Yang S., Li J. Measurement of surface velocity in a 150 mm×1270 mm slab continuous-casting mold // Metals. 2020. Vol. 10. 428.
15. Fan J. W., Xie R. P., Wang Y. C., Liu T. H. Fatigue behavior of plain C – Mn steel plates with fine grained ferrite in surface layers // Mater. Sci. Eng. A. 2012. Vol. 539. P. 154–162.

16. Zou X., Zhao D., Sun J., Wang C. et al. An integrated study on the evolution of inclusions in EH36 shipbuilding steel with Mg addition: From casting to welding // Metall. Mater. Trans. B. 2018. Vol. 49. P. 481–489.
17. Ауэр В. Странам с быстроразвивающейся экономикой необходимо все больше стали // Черные металлы. 2013. № 4. С. 75–78.
18. Zangeneh S., Lashgari H. R., Alsaadi S., Mohamad-Moradi S. et al. The effect of cyclic solution heat treatment on the martensitic phase transformation and grain refinement of Co – Cr – Mo dental alloy // Metals. 2020. Vol. 10. 861. DOI: 10.3390/met10070861
19. Liu Z., Song B., Yang Z., Cui X. et al. Effect of cerium content on the evolution of inclusions and formation of acicular ferrite in Ti – Mg-killed EH36 steel // Metals. 2020. 10. 863. DOI: 10.3390/met10070863
20. Popova M., Sergeev M., Lukina A., Shunqi M. Strength and deformability of lightweight metal trusses with elements from cut I-beams // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 896. 012061. DOI: 10.1088/1757-899X/896/1/012061
21. Волкова В. Е., Макарова А. А. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния балки с гибкой стенкой // Металлические конструкции. 2011. Т. 17. № 4. С. 261–269.
22. Рингхофер М., Виммер Г., Плауль Я. Ф. и др. Переход сталелитейной отрасли на цифровые технологии // Черные металлы. 2018. № 3. С. 12–17.
23. ГОСТ 380–2005. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки. — Введ. 01.07.2008.
24. ГОСТ 1050–2013. Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия. — Введ. 01.01.2015.
25. ГОСТ 4543–2016. Металлопродукция из конструкционной легированной стали. Технические условия. — Введ. 01.10.2017.
26. ГОСТ 14959–2016. Металлопродукция из рессорно-пружинной нелегированной и легированной стали. Технические условия. — Введ. 01.01.2018.
27. ГОСТ 26020–83. Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок. Сортамент. — Введ. 01.01.1986.