English
Język Polski
Pokrytyczne zapasy nośności dźwigarów o falistym środniku z żebrami podporowymi
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2022.143052Abstrakt
Analiza dźwigarów o faliście wyprofilowanym środniku jak i środniku trapezowym koncentruje się na opisie nośności krytycznej, ewentualnie nośności granicznej pomijając przedział nośności nadkrytycznej dźwigarów. Problemem otwartym pozostaje zatem przedział nośności nadkrytycznej i jego możliwość wykorzystania w praktyce. W tym celu w niniejszej pracy przedstawiono analizę badań nośności postaciowej falistego środnika dźwigarów SIN z żebrami podporowymi w zakresie do i pokrytycznym. Badania doświadczalne przeprowadzono na dwudziestu dźwigarach o wysokości środnika 500, 1000, 1250 i 1500 mm złożonych z trzech elementów wysyłkowych. Dźwigary o schemacie statycznym belki swobodnie podpartej oraz belki swobodnie podpartej z jednostronnym wspornikiem zbudowano z elementów wysyłkowych połączonych doczołowo na śruby sprężone. Z kolei analizę numeryczną FEM przeprowadzono na modelach o wysokościach środnika od hw = 500 do 1500 mm przy pełnym zakresie grubości środnika 2.0; 2.5 i 3 mm. W celu określenia początku niestateczności falistego środnika przeanalizowano przebiegi odkształceń na ukośnych tensometrach naklejonych na środniku. Tensometry naklejono w postaci rozety na kierunku spodziewanych największych odkształceń. Kąt pomiędzy tensometrami w rozetach wynosił 120°. Na podstawie charakteru wykresów odkształceń określono punkt początkowy utraty stateczności falistego środnika, wiążąc z nim obciążenie krytyczne PeB, które przyjęto w punkcie utraty liniowego charakteru zależności obciążenia od odkształcenia P(ε). Analizując proces utraty stateczności falistego środnika rozróżniono zniszczenie dźwigarów niskich o hw = 500 mm i wysokich od hw = 1000 mm przyporządkowując im punkty utraty stateczności rozgraniczające obszar dokrytyczny oraz nadkrytyczny. W przypadku dźwigarów niskich o wysokości środnika 500 mm z żebrami podporowymi opisano lokalny proces zniszczenia środnika. Z koeli w przypadku dźwigarów o wysokości środnika od hw = 1000 mm stwierdzono wzajemne powiązanie lokalnej oraz globalnej postaci zniszczenia prowadzące do ich interakcji. W wyniku przeprowadzonych badań wykazano, że w dźwigarach o falistym środniku występuje wpływ sztywności żeber podporowych na wielkość przedziałów do i nadkrytycznego, prowadząc do redukcji przedziału nadkrytycznego nośności dźwigarów. W dźwigarach o falistym środniku przedział nadkrytyczny jest przedziałem zarówno odkształceń jak i przemieszczeń nieliniowych środnika. Stwierdzono, że nie nadaje się jednak do wykorzystania w eksploatacji, gdyż zapoczątkowany proces utraty stateczności jest nieodwracalny oraz gwałtowny, a powstałe przemieszczenia w obszarze nieliniowym są trwałe. Stanowi natomiast z punktu widzenia bezpieczeństwa zabezpieczenie przed katastrofą w postaci przystanku plastycznego. Zapas nośności dźwigarów o falistym środniku wyniósł wg badań doświadczalnych od 19% do 21% w dźwigarach z podporowym żebrem podatnym oraz od 8% do 21% w dźwigarach z podporowym żebrem sztywnym. W przypadku analizy numerycznej był nieco mniejszy i oscylował w przedziale od 8% do 9% w dźwigarach z podporowym żebrem podatnym oraz od 3% do 9% w dźwigarach z żebrem podporowym usztywnionym. Oszacowanie nadwyżki nośności dźwigarów o falistym środniku dało odpowiedź o możliwościach zwiększania nośności dokrytycznej w drodze optymalizacji konstrukcji, np. poprzez zastosowanie usztywnionych żeber podporowych, czy też możliwych przekątnych żeber rozciąganych.Bibliografia
[1] Z. Mendera, K. Kuchta, Profiles of corrugated web of SIN girders. Principles of dimensioning. Cracow University of Technology, 2002.
[2] J.T. Easley, “Buckling formulas for corrugated metal shear diaphragms”, Journal of the Structural Division, 1975, vol. 101, no. 7, pp. 1403-1417.
[3] EN 1993-1-5:2006 Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-5: Plated structural elements. European Committee for Standardization, Brussels, Belgium, 2008. http://www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2015/12/en.1993.1.5.2006.pdf.
[4] K. Kuchta, “Nośność i sztywność blachownic o falistych środnikach”, Ph.D. thesis, Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Lądowej Politechniki Krakowskiej, Kraków, 2004.
[5] M. Piekarczyk, Selected design problems of thin-walled steel members and connections in building structures. Kraków: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 2019.
[6] J. Rutecki, Cienkościenne konstrukcje nośne. Obliczenia wytrzymałościowe. Warszawa: PWN, 1966.
[7] A. Piekarczuk, P. Więch, K. Kuczyński, R. Walentyński, “Experimental and computational approaches to the evaluation of double corrugated arch structures. A review of the latest advancements”, Archives of Civil Engineering, 2021, vol. 67, no. 2, pp. 7-35; DOI: 10.24425/ace.2021.137152.
[8] H.H. Abbas, R. Sause, R.G. Driver, “Shear strength and stability of high performance steel corrugated web girders”, in SSRC Conference. 2002, pp. 361-387.
[9] R.G. Driver, H.H. Abbas, R. Sause, “Shear behavior of corrugated web bridge girders”, Journal of Structural Engineering, 2006, vol. 132, no. 2, pp. 195-203; DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9445(2006)132:2(195).
[10] M. Elgaaly, R.W. Hamilton, A. Seshadri, “Shear strength of beams with corrugated webs”, Journal of Structural Engineering, 1996, vol. 122, no. 4, pp. 390-398; DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9445(1996)122:4(390).
[11] R.W. Hamilton, “Behavior of welded girder with corrugated webs”, Ph.D. thesis, University of Maine, USA, 1993.
[12] J. Moon, J. Yi, B.H. Choi, H. Lee, “Shear strength and design of trapezoidally corrugated steel webs”, Journal of Constructional Steel Research, 2009, vol. 65, pp. 1198-1205; DOI: 10.1016/j.jcsr.2008.07.018.
[13] E.Y. Sayed-Ahmed, “Behavior of steel and (or) composite girders with corrugated steel webs”, Canadian Journal of Civil Engineering, 2001, vol. 28, no. 4, pp. 656-672; DOI: 10.1139/l01-027.
[14] R. Sause, T.N. Braxtan, “Shear strength of trapezoidal corrugated steel webs”, Journal of Constructional Steel Research, 2011, vol. 67, no. 2, pp. 223-236; DOI: 10.1016/j.jcsr.2010.08.004.
[15] J. Yi, H. Gil, K. Youm, H. Lee, “Interactive shear buckling behavior of trapezoidally corrugated steel webs”, Engineering Structures, 2008, vol. 30, pp. 1659-1666; DOI: 10.1016/j.engstruct.2007.11.009.
[16] M.E.A.-H. Eldib, “Shear buckling strength and design of curved corrugated steel webs for bridges”, Journal of Constructional Steel Research, 2009, vol. 65, no. 12, pp. 2129-2139; DOI: 10.1016/j.jcsr.2009.07.002.
[17] Projekt badawczy N N506 072538, Kształtowanie konstrukcji szkieletowych z dzwigarów o falistym środniku łączonych doczołowo. Gliwice: Politechnika Ślaska, 2013.
[18] W. Basiński, “Shear buckling of plate girders with corrugated web restrained by end stiffeners”, Periodica Polytechnica Civil Engineering, 2018, vol. 62, no. 3, pp. 757-771; DOI: 10.3311/PPci.11554.
[19] W. Basiński, Nośność dźwigarów o falistym środniku wzmocnionych żebrami podporowymi i przekątnymi. Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2020.
[20] Abaqus software adjustment to estimate resistance of corrugated web girders reinforced with end stiffeners. This research was supported in part by PL-GRID infrastructure, and also by the WIND grant.
[21] EN 10002-1:2001 Metallic materials - Tensile testing - Part 1: Method of test at ambient temperature. European Committee for Standardization, Brussels, Belgium, 2001.
[22] W. Basiński, Z. Kowal, “Random strength parameters of steel corrugated webs and their influence on the resistance of SIN plate girders”, Architecture Civil Engineering, Environment, 2018, vol. 11, no. 3, pp. 65-77; DOI: 10.21307/ACEE-2018-039.
[23] B.A. Memon, Xz. Su, “Arc-length technique for nonlinear finite element analysis”, Journal of Zhejiang University SCIENCE, 2004, vol. 5, pp. 618-628; DOI: 10.1631/jzus.2004.0618.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
