COMPARATIVE BUCKLING ANALYSIS OF CONCRETE AND EXPANDED POLYSTYRENE DOME SHELLS

Introduction: Various studies have been conducted to analyze the buckling behavior of concrete spherical shells. Nonetheless, no research is available that would investigate the buckling behavior of EPS (expanded polystyrene) shells. EPS has a very low self-weight compared to concrete. the purpose of the study is to investigate the comparative buckling characteristics of concrete and EPS shells. The respective self-weight and live load of 1.5 kN/m² were considered. the methods used are Linear buckling analysis (LBA) and geometrically nonlinear buckling analysis (GNA) of sample domes with and without imperfections performed using Abaqus software. the results of the comparative analyses show that the critical buckling pressure of EPS and concrete spherical shells of the same geometry was found to be 122,634 N/m² and 5560 N/m², respectively. The ratio of the critical buckling pressure to the practical ultimate (dead load + live load) loading of concrete is 23.2, while for EPS, it is 2.22. Moreover, increasing the thickness of EPS from 100 to 200 mm increased the critical buckling pressure factor by 15.4 times. The maximum loading displacement of EPS (15.6 mm) was times less than the displacement caused by the buckling pressure. This finding demonstrates the feasibility of constructing EPS shells, with further research on the optimum geometry and construction mechanism.

Введение: Известны исследования анализа поведения бетонных сферических оболочек при потере устойчивости. Тем не менее, отсутствуют исследования, изучающие поведение оболочек из пенополистирола при потере устойчивости. Пенополистирол характеризуется довольно низким собственным весом по сравнению с бетоном. Цель данной работы - исследование сравнительных характеристик потери устойчивости бетонных оболочек и оболочек из пенополистирола. Были приняты во внимание собственный вес и временная нагрузка 1,5 кН/м2. Методы: С помощью программного обеспечения Abaqus выполнены линейный расчет устойчивости (LBA) и геометрически нелинейный расчет устойчивости (GNA) образцов куполов с учетом несовершенств формы и без их учета. Сравнительный анализ показал, что критическое давление потери устойчивости сферических оболочек из пенополистирола и бетона одинаковой геометрии составило 122 634 Н/м2 и 5560 Н/м2 соответственно. Отношение критического давления потери устойчивости к практической предельной нагрузке (постоянная нагрузка + временная нагрузка) составило 23,2 для бетона и 2,22 для пенополистирола. Более того, увеличение толщины пенополистирола со 100 до 200 мм увеличило коэффициент критической нагрузки при потере устойчивости в 15,4 раза. Максимальное смещение пенополистирола при нагрузке (15,6 мм) было в разы меньше смещения при потере устойчивости. Этот результат демонстрирует возможность изготовления оболочек из пенополистирола, при этом необходимо провести дальнейшие исследования по выбору оптимальной геометрии и механизма изготовления.