Bezniuk L. Stress-strain state of multi-span continuous perforated beams near intermediate supports and their calculation

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0826U000333

Thesis Registration Form

0826U000333.pdf

Applicant for

Specialization

  • 192 - Будівництво та цивільна інженерія

13-03-2026

Specialized Academic Board

PhD 11940

National University of Water and Environmental Engineering

Essay

For the first time, a comprehensive methodology has been developed for determining the stress–strain state of continuous perforated beams at their bearing zones on intermediate supports using the finite element method in the LIRA-FEM software package for linear and nonlinear modeling of the actual design scheme of the beams and their real structural behavior. This methodology makes it possible to determine stresses and deformations at calculation points of characteristic cross-sections at any location along the beam length, taking into account their structural features. For the first time, a numerical experiment has been performed that makes it possible to determine the characteristics and regularities of changes in the stress–strain state of various designs of continuous perforated beams in the zones of intermediate supports, as well as their deflections in the span, depending on the structural features of the intermediate support parts of the beams and the degree of fixity at the support, which depends on the bolt diameter and the magnitude of their prestressing, using the LIRA-FEM software package. Analytical relationships for calculating nodal bolted connections have been improved, which makes it possible to evaluate the stress–strain state and redistribution of internal forces by taking into account the actual stiffness/compliance of the joints fastening the intermediate support parts of continuous perforated beams to the underlying structures. For the first time, a comprehensive methodology has been developed for determining the stress–strain state and designing the intermediate support parts of continuous perforated beams. This methodology takes into account experimental data and analytical/numerical approaches to the specifics of the behavior and deformation of bolted connections used to fasten them to underlying structures. The methodology is implemented in the Microsoft Excel spreadsheet processor, which reduces the labor intensity of beam design. The applied provisions for the design of continuous perforated beams and their joints with other structures have been further developed based on the use of the finite element method for linear and nonlinear structural behavior in the LIRA-FEM software package and the method of initial parameters. These approaches make it possible to fully assess the load-bearing capacity of structures and the patterns of change in the stress–strain state, taking into account their structural features. Design variants of intermediate support parts of continuous perforated beams have been developed, differing in the presence or absence of support stiffening ribs located along the axis of the intermediate support, as well as in the presence or absence of welded or unwelded openings to the left and right of it. Nonlinear analysis, in comparison with linear analysis, makes it possible to model the actual behavior of the structure, taking into account the real bearing of the beam on the underlying load-bearing structure in accordance with a specific structural scheme, the fastening of the beam to this structure by bolts, the bolt pretension force of a certain magnitude, and the selected steel material model under static loading. An analysis of the results of the numerical experiment obtained for the first time has been carried out to determine the stress–strain state of various types of intermediate support parts of beams, taking into account all their structural features and parameters of fastening elements. The regularities of their behavior and changes in stresses at calculation points of characteristic cross-sections under uniformly distributed load have been identified. As a result of using the method of initial parameters, a relationship was obtained for calculating the coefficient, the value of which indicates the percentage increase in the stiffness of a pinned support due to the occurrence of stresses in the nodal bolts. The refined calculations proposed by this methodology make it possible to determine the actual stresses in the cross-sections, the maximum values of which are lower than those calculated using the traditional analytical method. In general, the proposed methodology allows determining the actual stiffness of any bolted pinned connection, taking into account its real behavior based on static analysis data. In addition, it enables regulation of the stiffness of a bolted connection by changing the bolt diameter, their arrangement, or the design length of the bolts through the use of additional spacers.

Read more

Research papers

Романюк В. В. Супрунюк В. В., Безнюк Л. І. Calculation of intermediate supporting parts of inseparable perforated beams in the software complex «Lira». Збірник наукових праць "Сучасні будівельні конструкції з металу та деревини". Одеса : ОДАБА. Випуск XXV. 2021. С. 130 – 138. https://odabamdipk.wixsite.com/sbornik/252021

Романюк В. В. Супрунюк В. В., Безнюк Л. І. Напружено-деформований стан проміжних опор нерозрізних перфорованих балок за дії симетричного навантаження. Збірник наукових праць. Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Рівне : НУВГП, 2021. Випуск 40. С. 182 – 190.

Романюк В. В. Супрунюк В. В., Безнюк Л. І. Напружено-деформований стан нерозрізних перфорованих балок біля проміжних опор. Вісник НУВГП. Серія «Технічні науки». Рівне : НУВГП, 2021. Випуск No1(93). С. 405 – 416.

Романюк В. В., Супрунюк В. В., Фурсович М. О., Зятюк Ю. Ю., Безнюк Л. І. Вибір раціональної конструкції ригеля надземного пішохідного переходу. Вісник НУВГП. Серія «Технічні науки». Рівне: НУВГП, 2022. Випуск No2(98). С. 44 – 54.

Романюк В. В. Супрунюк В. В., Безнюк Л. І., Баран Д. Я., Конончук О. П. Вибір оптимальних параметрів розвитку висоти поперечного профілю пефорованих елементів. Збірник наукових праць. Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Рівне : НУВГП, 2023. Випуск 43. С. 182 – 190.

Безнюк Л. І., Романюк Є. В., Романюк В. В., Супрунюк В. В. Напружено- деформований стан нерозрізних перфорованих балок біля проміжних опор за дії 14 симметричного у прольотах навантаження. Збірник наукових праць. Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Рівне : НУВГП, 2024. Випуск 45. С. 116 – 125.

Безнюк Л. І., Романюк Є. В., Романюк В. В., Супрунюк В. В., Зятюк Ю. Ю. Особливості розподілення напружень біля проміжних опор нерозрізних перфорованих балок за дії несиметричного навантаження. Збірник наукових праць. Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Рівне : НУВГП, 2024. Випуск 46. С. 153 – 161.

Безнюк Л. І., Романюк Є. В., Романюк В. В., Супрунюк В. В., Зятюк Ю. Ю. Нелінійне моделювання обпирання перфорованих балок на оголовки колон. Збірник наукових праць "Сучасне будівництво та архітектура". Одеса : ОДАБА. Збірник 13. 2025. С. 57 – 67.

V. V. Romaniuk, V. V. Supruniuk, L. I. Bezniuk, T. Y. Misyuk. The Effect Of The Actual Stiffness Of Bolted Hinged Joints On The Bearing Capacity Of The Elements. Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles. K.: KNUBA, 2021. Issue 107. P. 324 – 333.

V. Romanіuk, V. Supruniuk, L. Bezniuk, M. Fursovych, Yu. Ziatiuk. Determination of rigidness of node bolt joints. AIP Conference Proceedings. Volume 2678, Issue 1. 020016 (2023). https://doi.org/10.1063/5.0119015 (Scopus).

V. Romanіuk, V. Supruniuk, L. Bezniuk, O. Kononchuk, O. Meshcheryakova, A. Sorochak. Еxperimental studies of a steel rafter arch with a perforated upper band. Procedia Structural Integrity. Volume 59, 2024, Pages 479-486. https://authors.elsevier.com/sd/article/S2452-3216(24)00384-6 (Scopus).

V. Romanіuk, V. Supruniuk, L. Bezniuk, O. Kononchuk, O. Meshcheryakova, A. Sorochak. Features of the work of continuous perforated beams near intermediate supports. Procedia Structural Integrity. Volume 59, 2024, Pages 471-478. https://authors.elsevier.com/sd/article/S2452-3216(24)00383-4 (Scopus).

Романюк В. В., Безнюк Л. І., Місюк Т. Я. Конструкція нерозрізної перфорованої балки на проміжній опорі. Матеріали міжнародної науково- практичної конференції «Problems of Emergency Situations». м. Харків : НУЦЗУ. 20 травня 2021 р. С. 81 – 82.

Романюк В. В., Безнюк Л. І., Місюк Т. Я. Мета та завдання дослідження місцевої стійкості елементів перфорованих балок Матеріали міжнародної науково-практичної конференції «Problems of Emergency Situations». м. Харків : НУЦЗУ. 20 травня 2021 р. С. 83 – 84.

Романюк В. В. Супрунюк В. В., Місюк Т. Я., Безнюк Л. І. Вплив фактичної жорсткості болтових шарнірних з’єднань на несучу здатність елементів. Матеріали міжнародної науково-практичної конференції «Problems of Emergency Situations». м. Харків : НУЦЗУ. 20 травня 2021 р. С. 85 – 86.

Безнюк Л. І., Романюк В. В., Супрунюк В. В. Моделювання проміжних опорних частин нерозрізних перфорованих балок в ПК «Ліра». Матеріали міжнародної науково-технічної конференції «Сучасні будівельні конструкції з металу та деревини». Одеса : ОДАБА. 10–12 червня 2021 р. С. 7 – 8.

Романюк В. В. Супрунюк В. В., Безнюк Л. І. Вплив жорсткості вузлових болтових з’єднань на напружено-деформований стан елементів в приопорних зонах. Матеріали XIX міжнародної науково-практичної конференції «Інноваційні технології у будівництві, цивільній інженерії та архітектурі». м. Чернігів : НУ «Чернігівська політехніка». 19-22 вересня 2021 р. С. 258 – 261.

Безнюк Л. І., Романюк Є. В., Романюк В. В., Супрунюк В. В. Несуча здатність нерозрізних перфорованих балок біля проміжних опор. Матеріали 10-ї Міжнародної науково-практичної конференції "Актуальні проблеми інженерної механіки". м. Одеса : ОДАБА. 5–7 червня 2024 р. С. 24–27.

Безнюк Л. І., Романюк Є. В., Романюк В. В., Супрунюк В. В. Моделювання проміжних опорних частин нерозрізних перфорованих балок в ПК «Ліра». Матеріали VІІ Міжнародної науково- технічної конференції «Ефективні технології і конструкції в будівництві та архітектура села». м. Дубляни : ЛНАУ. 6–7 червня 2024 р. С. 5–6.

Безнюк Л. І., Романюк Є. В., Романюк В. В., Супрунюк В. В., Зятюк Ю. Ю. Лінійне моделювання обпирання перфорованих балок на оголовки колон. Матеріали 11-ї Міжнародної науково-практичної конференції "Актуальні проблеми інженерної механіки". Одеса : ОДАБА. 21-23 травня 2025 р. С. 150-153.

Read more

Similar theses

0826U000329

Yurii O. Bilov

Improvement of Organizational Processes through IT technologies

0826U000269

Yuliia Y. Solodovnyk

Increasing the efficiency of frame structures through the use semi-rigid beam-to-column connections

0826U000182

Volodymyr Y. Besediuk

Treatment of concentrated wastewater from dairy plants with recovery of biologically valuable components

0826U000088

Liubomyr Dzhanov

Rational Steel Beams with Variable Web Height and Flange Width

0825U004334

Anatolii M. Smirnov

Improving the technology of operational maintenance of roads in the winter period