English
Język Polski
Zastosowanie Metody Ogólnej do obliczeń elementów zbieżnych o przekroju złożonym ze stalowych kształtowników giętych na zimno – weryfikacja doświadczalna
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2025.156166Abstrakt
W pracy przedstawiono wyniki badań doświadczalnych dwugałęziowych elementów z giętych na zimno ceowników o przekroju zbieżnym w przypadkach czystego zginania, czystego ściskania lub interakcji zginania i ściskania. Schemat statyczny i sposób obciążania zaprojektowano w nawiązaniu do warunków pracy elementów ram portalowych, które z uwagi na zmienny rozkład momentów zginających kształtuje się o zmiennym przekroju i projektuje na tzw. stałą siłę. Analizę wpływu takich parametrów jak grubość ścianki t (2, 4 lub 6 mm), liczba przewiązek gałęzi n (2, 4 lub 6 sztuk) oraz maksymalna wysokość przekroju zbieżnego ℎ1 (300, 500 lub 700 mm) na nośność i postać niestateczności elementów przeprowadzono na podstawie 21 zróżnicowanych przypadków doświadczalnych. Pomimo, iż większość próbek sklasyfikowano jako przekroje klasy 4, to dominującą formą niestateczności okazały się być formy globalne lub mieszane, tzn. wykazujące jednocześnie cechy wyboczenia globalnego i dystorsyjnego lub lokalnego. Maksymalne siły uzyskane z badań doświadczalnych okazały się w większości niższe niż nośności przekroju obliczone na podstawie efektywnych charakterystykach geometrycznych przekrojów, uwzględniających wpływ lokalnych i dystorsyjnych form niestateczności. Oznacza to, że globalne formy niestateczności miały dominujący wpływ na nośność badanych elementów.Nośność badanych elementów została określona również obliczeniowo przy użyciu Metody Ogólnej według wytycznych EC3-1-1. Na potrzeby tej analizy przyjęto pewne założenia, mające na celu uproszczenie wybranych kroków obliczeniowych: – rzeczywisty przekrój złożony z dwóch ceowników zwróconych do siebie plecami zastąpiony litym przekrojem dwuteowym o analogicznej geometrii przy wyznaczeniu współczynnika obciążenia krytycznego αcr, op w programie LTBeam – wyznaczenie naprężeń krytycznych z wykorzystaniem efektywnych charakterystyk geometrycznych przekrojów, obliczonych wyłącznie dla przypadków czystego ściskania (efektywne pole powierzchni przekroju Ae f f i zginania (efektywny wskaźnik wytrzymałości przekroju We f f) Wyniki obliczeń przedstawiono w formie wskaźników wykorzystania nośności z metody ogólnej, obliczonych dla maksymalnych obciążeń z badań doświadczalnych. Dla zdecydowanej większości przypadków otrzymano wartości powyżej 1,0, co oznacza, że zastosowane podejście prezentuje zadowalające oszacowanie nośności w analizowanym zakresie elementów. Zaprezentowane podejście „inżynierskie”, wykorzystujące Metodę Ogólną z pewnymi uproszczeniami, daje zadowalające wyniki i może być z powodzeniem stosowane do szacowania nośności elementów zbieżnych złożonych ze stalowych kształtowników giętych, poddanych ściskaniu osiowemu, momentowi zginającemu lub mimośrodowemu ściskaniu. Jednak aby zweryfikować dokładność tej metody, należy przeprowadzić szerokie porównanie z wynikami uzyskanymi na podstawie zaawansowanej analizy metodą elementów skończonych.Bibliografia
[1] J. Bródka, M. Broniewicz, and M. Giżejowski Cold-formed sections. Designer’s guide. Rzeszów: Polskie Wydawnictwo Techniczne, 2006 (in Polish).
[2] R. Budziński and L. Ślęczka, “Experimental investigations of steel cold-formed moment-resisting bolted lap joints under monotonic and cyclic loading”, Archives of Civil Engineering, vol. 69, no. 4, pp. 359-377, 2023, doi: 10.24425/ace.2023.147664.
[3] D. Dubina, V. Ungureanu, and R. Landolfo, Design of Cold-formed steel structures. Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1-3: Design of Cold-formed structures. Mem Martins, Portugal: ECCS/Wiley-Blackwell/Ernst&Sohn, 2012.
[4] EN 1993-1-3 Eurocode 3 – Design of steel structures – Part 1-3: General rules – Supplementary rules for cold-formed members and sheeting. European Committee for Standardization, 2006.
[5] H.-X. Wan and M. Mahendran, “Structural characteristics of hollow flange channel beams under bending and torsion” in Proceedings of the 8th International Conference on Advances in steel structures. Lisbon DECivil/IST/UL, 2015.
[6] E. Steau, P. Keerthan, and M. Mahendran “Web crippling design of hollow flange channel beams under one flange load cases”, ce/papers. Special Issue: Proceedings of Eurosteel 2017, vol. 1, no. 2-3, 2017, doi: 10.1002/cepa.194.
[7] A.M. Pawlak and P. Paczos, “Analysis of strength and resistance to loss of stability of thin-walled channel columns with non-standard cross-sectional shape”, Archives of Civil Engineering, vol. 70, no. 3, pp. 101-116, 2024, doi: 10.24425/ace.2024.150973.
[8] F.J. Meza, J. Becque, and I. Hajirasouliha, “Experimental study of cold-formed steel built-up columns”, Thin-Walled Structures, vol. 149, 2020, doi: 10.1016/j.tws.2019.106291.
[9] F.J. Meza, J. Becque, and I. Hajirasouliha, “Experimental study of the cross-sectional capacity of cold-formed steel built-up columns”, Thin-Walled Structures, vol. 155, 2020, doi: 10.1016/j.tws.2020.106958.
[10] L. Wang and B. Young, “Behavior of Cold-Formed Steel Built-Up Sections with Intermediate Stiffeners under Bending. I: Tests and Numerical Validation”, Journal of Structural Engineering, vol. 142, no. 3, 2016, doi: 10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001428.
[11] A.L. Joó, M. Szedlák, and S. Ádány, “Experimental investigation on double-c compressed members”, in Proceedings of the 8th International Conference on Advances in steel structures. Lisbon, DECivil/IST/UL, 2015.
[12] N. Nuttayasakul, W. Patwichaichote, and T. Chaisomphob, “Testing of the front to front built-up c-section cold formed steel flexural members using plate and screw connection”, in Proceedings of the 8th International Conference on Advances in steel structures. Lisbon, DECivil/IST/UL, 2015.
[13] E. Allen and W. Zalewski, Form and Forces : Designing Efficient, Expressive Structures. Hoboken: John Wiley & Sons, 2010.
[14] T. Tankova, J.P. Martins, L.S. da Silva, L. Marques, H.D. Craveiro, and A. Santiago, “Experimental lateral-torsional buckling behaviour of web tapered I-section steel beams”, Engineering Structures, vol. 168, pp. 355-370, 2018, doi: 10.1016/j.engstruct.2018.04.084.
[15] M.M. Ibrahim, I.M. El Aghoury, and S.A.-B. Ibrahim, “Experimental and numerical investigation of ultimate shear strength of unstiffened slender web-tapered steel members”, Thin-Walled Structures, vol. 148, 2020, doi: 10.1016/j.tws.2020.106601.
[16] S. Jin, Z. Li, S. Xu, and F. Huang, “Constrained shell finite element method for stability analysis of thin-walled steel members with tapered sections”, in Proceedings of the Annual Stability Conference Structural Stability Research Council. SSRC, 2020.
[17] B. Asgarian, M. Soltani, and F. Mohri, “Lateral-torsional buckling of tapered thin-walled beams with arbitrary cross-sections”, Thin-Walled Structures, vol. 62, pp. 96-108, 2013, doi: 10.1016/j.tws.2012.06.007.
[18] A. Osmani and S.A. Meftah, “Lateral buckling of tapered thin walled bi-symmetric beams under combined axial and bending loads with shear deformations allowed”, Engineering Structures, vol. 165, pp. 76-87, 2018, doi: 10.1016/j.engstruct.2018.03.009.
[19] L. Czechowski, M. Kotełko, J. Jankowski, V. Ungureanu, and A. Sanduly, “Strength analysis of eccentrically loaded thin-walled steel lipped C-profile columns”, Archives of Civil Engineering, vol. 69, no. 3, pp. 301-316, 2023, doi: 10.24425/ace.2023.146082.
[20] EN 1993-1-1 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings. European Committee for Standardization, 2005.
[21] G. Hajdú and F. Papp, “Safety Assessment of Different Stability Design Rules for Beam-columns”, Structures, vol. 14, pp. 376-388, 2018, doi: 10.1016/j.istruc.2018.05.002.
[22] C. Müller, “Zum Nachweis ebener Tragwerke aus Stahl gegen seitliches Ausweichen”, PhD. thesis, RWTH Aachen, 2003.
[23] L. da Silva, L. Marques, and C. Rebelo, “Numerical validation of the general method in EC3-1-1 for prismatic members”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 66, no. 4, pp. 575-590, 2010, doi: 10.1016/j.jcsr.2009.11.003.
[24] G. Hajdú and F. Papp, “On the accuracy of general method adapted in EN 1993-1-1”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 195, 2022, doi: 10.1016/j.jcsr.2022.107354.
[25] D. Czepiżak, “Innovative Look at the ‘General Method’ of Assessing Buckling Resistance of Steel Structures”, Studia Geotechnica et Mechanica, vol. 43, no. 4, pp. 1-9, 2021, doi: 10.2478/sgem-2021-0022.
[26] F. Bijlaard, M. Feldmann, J. Naumes, and G. Sedlacek, “The general method for assessing the out-of-plane stability of structural members and frames and comparison with alternative rules in EN 1993 – Eurocode 3 – Part 1-1”, Steel Construction, vol. 3, no. 1, pp. 19-33, 2010, doi: 10.1002/stco.201010004.
[27] F. Szalai and J. Papp, “Theory and application of the General Method of Eurocode 3 – Part 1-1”, presented at Eurosteel, 31 August-2 September 2011, Budapest, Hungary, 2011.
[28] F. Papp, A. Rubert, and J. Szalai, “DIN EN 1993-1-1-konforme integrierte Stabilitätsanalysen für 2D/3DStahlkonstruktionen (Teil 1)”, Stahlbau, vol. 83, no. 1 pp. 1-15, 2014, doi: 10.1002/stab.201410128.
[29] Z. Polański, Planning of experiments in science. Kraków, Polska: Wydawnictwo Naukowo Techniczne, 1984 (in Polish).
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
