Stalowe profile cienkościenne typu sigma są powszechnie wykorzystywane jako płatwie w halach stalowych. Wraz ze wzrostem popularności instalacji fotowoltaicznych montowanych na dachach hal stalowych projektanci konstrukcji stalowych często mierzą się z problemem przekroczenia stanów granicznych nośności lub użytkowalności w płatwiach dachowych lub innych elementach konstrukcyjnych. W związku z tym, w niniejszej pracy, przedstawiono badania laboratoryjne 10 zginanych stalowych profili cienkościennych typu sigma (8 wzmacnianych techniką klejenia i nitowania taśm stalowych oraz klejenia taśm i mat kompozytowych oraz 2 referencyjnych). W trakcie badań mierzono odkształcenia za pomocą tensometrów elektrooporowych oraz przemieszczenia za pomocą systemu Aramis. Uzyskane wyniki wykazały korzystny wpływ zastosowania zaproponowanych materiałów na ograniczenie przemieszczeń i odkształceń badanych elementów.
EN
Sigma-type thin-walled steel profiles are commonly used as purlins in steel halls. With the growing popularity of photovoltaic installations mounted on the roofs of steel halls, steel structure designers often face the problem of exceeding the load-bearing or serviceability limit states in roof purlins or other structural elements. Therefore, in this paper, laboratory tests of 10 bent thin-walled steel sigma profiles (8 reinforced by gluing and riveting steel tapes and gluing composite tapes and mats, and 2 reference ones) are presented. During tests, strains were measured using electrofusion strain gauges and displacements using the Aramis system. The obtained results showed a beneficial effect of using the proposed materials on limiting displacements and strains of the tested elements.
This article presents the issue of self stresses and the methods for determining them. Describes the methodology of using the hole drilling method to determine the residual stresses occurring in cold bended I beams to the strong axis. The results of a study of the residual stresses in a steel I beam made of S460M steel are presented. The resulting stress distributions are compared with theoretical models.
PL
W artykule omówiono zagadnienie naprężeń własnych oraz metody ich określania. Opisano metodę wykorzystania metody otworkowej do określenia naprężeń własnych występujących w dwuteownikach giętych na zimno względem silnej osi bezwładności. Przedstawiono wyniki badań naprężeń własnych w stalowej belce dwuteowej ze stali S460M. Otrzymane rozkłady naprężeń porównano z modelami teoretycznymi.
This article discusses the issue of point cold bending of hot-rolled I-sections about weak axis. The residual stresses after the cold bending process were determined using numerical analyses. The results were obtained from a calibrated model based on experimental tests.
PL
W artykule omówiono zagadnienie dotyczące punktowego gięcia na zimno dwuteowych kształtowników gorącowalcowanych względem słabej osi bezwładności. Za pomocą analiz numerycznych wyznaczono naprężenia pozostałe po procesie gięcia na zimno. Wyniki uzyskano na podstawie skalibrowanego modelu otrzymanego z badań doświadczalnych.
W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych przeprowadzonych metodą cyfrowej korelacji obrazu ARAMIS 6M. Pomiar przemieszczeń oraz ocena deformacji została przeprowadzona dla belek CFS o przekroju Σ200×70×2 i rozpiętości 2700 mm, wykonanych ze stali S350GD. Testy czteropunktowego zginania przeprowadzono dla belek wzmocnionych i niewzmocnionych (belki referencyjne). Wzmocnienie wykonano przy użyciu tkaniny SikaWrap 230 C przyklejonej do zagięć brzegowych klejem SikaDur 330. Badania przeprowadzono dla dwóch przypadków: dla podpór z możliwością deplanacji przekroju i dla podpór ze skrępowaną deplanacją. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że zarówno w przypadku przemieszczeń pionowych, jak i poziomych zastosowanie zaproponowanego wzmocnienia ma szczególnie korzystny wpływ wówczas, gdy na podporach nie ma możliwości deplanacji przekroju.
EN
This paper presents the results of laboratory tests obtained using the ARAMIS 6M digital image correlation method. The displacement measurement and deformation assessment were carried out for CFS beams with a cross-section of Σ200×70×2 and a span of 2700 mm, made of S350GD steel, reinforced and unreinforced (reference), loaded in a four-point bending scheme. The beams were reinforced with SikaWrap 230 C fabric glued to the edge stiffeners using SikaDur 330 adhesive. The tests were carried out for two cases, i.e., with the possibility of cross-section deplanation at the supports and for the lack of deplanation at the supports. Based on the obtained results, it was found that in the case of vertical and horizontal displacements, the use of the proposed reinforcement has a particularly beneficial effect for the case when there is no possibility of cross-section deplanation at the supports.
Na przykładzie obliczeniowym zaprezentowano innowacyjną metodę szacowania temperatury krytycznej prostej belki stalowej poddanej oddziaływaniu pożaru. Do identyfikacji wartości tej temperatury wykorzystano podejście w pełni probabilistyczne. Pokazano jak zróżnicowanie zakładanych a priori wymogów bezpieczeństwa wpływa na uzyskany wynik, specyfikowany dla tej samej konstrukcji, obciążonej w analogiczny sposób. Finalne rezultaty, odniesione do kolejnych klas niezawodności, odpowiednio RC1, RC2 i RC3, skonfrontowano z odpowiadającym im wynikiem obliczeń prowadzonych według konwencjonalnej procedury normowej.
EN
An innovative technique for estimating the critical temperature of a simple steel beam exposed to fire is presented using a computational example. A fully probabilistic approach is applied to determine this temperature value. It shows how varying the safety requirements, assumed a priori, affects the obtained result, specified for the same structure, subjected to analogous loading conditions. The final results, related to successive reliability classes, i.e. RC1, RC2 and RC3 respectively, are compared with the corresponding calculation result conducted according to the conventional code procedure.
W artykule porównano koszt belek wykonanych z różnych materiałów oraz różniących się konstrukcją. Belki stalowa oraz zespolona stalowo-betonowa zostały porównane z belką zespoloną stalowo-drewnianą. Belka zespolona stalowo-drewniana miała najkorzystniejszy stosunek nośności na zginanie do masy w stropie złożonym z belek i płyt.
EN
In this paper the material costs of beams made of different materials were compared. Steel and steel-concrete composite beams were compared with a steel-timber composite beam. In the case of a ceiling composed of beams and slabs, steel-timber composite beam had the most favourable bending resistance to mass ratio.
W artykule omówiono zasady dotyczące projektowania belek wciągników jednoszynowych stosowanych w budownictwie przemysłowym. Zaprezentowano stosowane przekroje torów jezdnych tego typu urządzeń i podano wzory na siły pionowe i poziome (poprzeczne i podłużne) obciążające dolny pas belki wciągnika. Ponadto opisano metody analizy i oceny nośności, warunki nośności globalnej i lokalnej z uwzględnieniem skręcania zgodnie z obowiązującymi normami PN-EN.
EN
The article discusses the principles of designing monorail hoist beams used in industrial construction. The cross-sections of the running tracks of this type of devices are presented and the formulas for the vertical and horizontal forces (transverse and longitudinal) loading the lower belt of the hoist beam are given. In addition, the methods of analyzing and assessing the load-bearing capacity, the conditions of global and local loadbearing capacity, including torsion, are described in accordance with the applicable PN-EN standards.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Połączenia są nieodzownym elementem każdej konstrukcji stalowej, ponieważ umożliwiają łatwy i szybki montaż prefabrykowanych elementów konstrukcji na budowie. Artykuł obejmuje wstępną analizę niestandardowych połączeń stalowych belek dwuteowych w porównaniu z powszechnie stosowanymi w budowlanych konstrukcjach stalowych, a także badanie dwóch schematów zamocowania belki wspornikowej oraz swobodnie podpartej metodą elementów skończonych. Badanymi parametrami były naprężenia, odkształcenia oraz początkowa sztywność obrotowa połączeń. Wyniki wykazały, że dwa z czterech zaproponowanych niestandardowych połączeń charakteryzowały się dużą efektywnością przenoszenia obciążeń oraz większą sztywnością obrotową w porównaniu z połączeniami standardowymi.
EN
Connections are an indispensable element of every steel structure because they enable easy and quick assembly of prefabricated structural elements on the construction site. The article covers the initial analysis of non-standard connections of steel I-beams in relation to commonly used connections in steel building structures. An analysis of beams with connections was carried out and a finite element test was performed for two beam mounting schemes: cantilevered and simply supported. The parameters tested were stresses, strains and initial rotational stiffness of the connections. The results showed that two of the four proposed non-standard connections were characterized by high load transfer efficiency and greater rotational stiffness compared to standard connections.
The subject of this study is the inventory and assessment of the load-bearing capacity of a railway bridge. The analysis was conducted on a bridge with a concrete slab reinforced by steel beams as the load-bearing element. The structure is located in the village of Bukowina, Warmian-Masurian Voivodeship, Poland. The aim of the study is to assess the load-bearing capacity of the bridge. The structure’s geometry was measured, and its concrete strength class determined. This article presents the results of stress limitation calculations for the tested bridge. Three calculation procedures based on two approaches - a concrete-encased beam and a bending section reinforced with rigid inserts – were applied. The analysis demonstrated that, despite the un esthetic appearance of the bridge, it meets the stress limitation requirements. Though over a hundred years old, the structure remains suitable for use today.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Bamboo scrimber beams are prone to brittle failure, and I-shaped steel beams are prone to buckling and out-of-plane instability. To address these issues, the failure process, failure mechanism, deformation and bearing capacity of composite beams made by combining I-shaped steel and bamboo scrimber plates with structural adhesive are studied, taking the shear span ratio (λ) as a variable. The failure modes of the composite beam are mainly bottom-up layer-by-layer tearing of the bamboo scrimber and slight out-of-plane deformation of the I-shaped steel in the late loading period. Meanwhile, the ultimate bearing capacity, load‒displacement curve, load–strain relationship and strain distribution of the mid-span section of the composite beams are obtained, indicating that the overall working performance of these beams is excellent and that the comprehensive effect of the components is remarkable. The shear capacity of the composite beam increases with decreasing shear span ratio. By referring to the existing calculation formula of the shear capacity and fitting the test results, we obtain a calculation model of the shear capacity of a composite beam. The average error between the theoretical values and the test values is 11%, indicating that the method can predict the shear capacity well.
W artykule zwrócono uwagę na możliwość wykonania efektywnego wzmocnienia stalowych belek dwuteowych z wykorzystaniem przewiązek skrajnych. Przedstawiono analizy parametryczne, z których wynika, że wzmocnienie elementów może sięgać kilkudziesięciu procent. Zależy to jednak od wielu czynników, jak np. długość czy przekrój poprzeczny wzmacnianych belek, wymiary zastosowanych blach wzmacniających czy ich lokalizacja na długości belki. Jest to sposób nieujęty w obowiązujących normach do projektowania konstrukcji, lecz w niektórych przypadkach może się okazać wyjątkowo efektywną metodą wzmocnienia konstrukcji.
EN
The paper highlights the possibility of performing effective strengthening of steel I-beams using batten plates. Parametric analyses are presented which show that the strengthening of the members can reach several tens of percent. However, this depends on many factors, such as the length or cross-section of the beams to be strengthened, the dimensions of the reinforcing plates used and their location along the length of the beam. This is a method not included in current standards for structural design, but in some cases it can prove to be an extremely effective method of structural strengthening.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Skręcane połączenia doczołowe są nieodzownym elementem każdej konstrukcji stalowej. Umożliwiają szybki i łatwy montaż elementów konstrukcji na budowie. W połączeniach doczołowych mogą wystąpić nierówności podczas spawania blachy czołowej do belki, co może uniemożliwić prawidłowe sprężenie śrub, a w efekcie doprowadzić do nierównomiernego rozkładu w nich sił. Artykuł obejmuje analizę zmodyfikowanych skręcanych połączeń doczołowych stalowych belek dwuteowych z dwuczęściowymi blachami czołowymi w porównaniu z powszechnie stosowanymi połączeniami doczołowymi z pełnymi blachami czołowymi. Przeprowadzono obliczenia analityczne oraz analizę numeryczną belek z połączeniami w przypadku dwóch schematów zamocowania belki: swobodnie podpartej oraz wspornikowej. Badanymi parametrami były: rozkład naprężeń w połączeniach, maksymalne ugięcie belek oraz sztywność obrotowa połączeń. Wyniki wykazały, że zaproponowane zmodyfikowane połączenia doczołowe charakteryzują się dużą efektywnością przenoszenia obciążeń oraz większą sztywnością obrotową w porównaniu ze standardowymi rozwiązaniami połączeń doczołowych.
EN
Bolted end-plate joints are an indispensable element of any steel structure. They enable quick and easy assembly of structural elements on the construction site. In end-plate joints irregularities may occur during the welding of the end plate to the beam, which may prevent proper prestressing of the bolts and, as a result, may lead to uneven distribution of forces in the bolts. The article includes an analysis of modified bolted end-plate joints with two-part end-plates in comparison to commonly used full end-plate end-plate joints. An analytical and numerical analysis of beams with connections was carried out for two beam attachment schemes: simply supported and cantilevered. The parameters tested were stress distribution in the connections, maximum beam deflections and rotational stiffness of the connections. The results have shown that the proposed modified end-plate joints are characterized by high load transfer efficiency and greater rotational stiffness compared to standard end-plate joint solutions.
The main aim of the study is an assessment of models suitability for steel beams made of thin-walled cold-formed sigma profiles with respect to different numerical descriptions used in buckling analysis. The analyses are carried out for the sigma profile beam with the height of 140 mm and the span of 2.20 m. The Finite Element (FE) numerical models are developed in the Abaqus program. The boundary conditions are introduced in the form of the so-called fork support with the use of displacement limitations. The beams are discretized using S4R shell finite elements with S4R linear and S8R quadratic shape functions. Local and global instability behaviour is investigated using linear buckling analysis and the models are verified by the comparison with theoretical critical bending moment obtained from the analytical formulae based on the Vlasow beam theory of the thin-walled elements. In addition, the engineering analysis of buckling is carried out for a simple shell (plate) model of the separated cross-section flange wall using the Boundary Element Method (BEM). Special attention was paid to critical bending moment calculated on the basis of the Vlasov beam theory, which does not take into account the loss of local stability or contour deformation. Numerical shell FE models are investigated, which enable a multimodal buckling analysis taking into account interactive buckling. The eigenvalues and shape of first three buckling modes for selected numerical models are calculated but the values of critical bending moments are identified basing on the eigenvalue obtained for the first buckling mode.
PL
Głównym celem pracy jest ocena przydatności modeli numerycznych belek stalowych wykonanych z cienkościennego profilu sigma formowanego na zimno z uwzględnieniem różnych opisów numerycznych pod kątem analizy wyboczenia. Analizy prowadzone są dla belki o profilu sigma o wysokości 140 mm i rozpiętości 2,20 m. Modele numeryczne Metody Elementów Skończonych (MES) są opracowywane w programie Abaqus. Warunki brzegowe modelowane są w postaci tzw. podpory widełkowej z wykorzystaniem ograniczeń przemieszczeń. Belki modelowane są przy użyciu powłokowego elementu skończonego S4R z liniową lub kwadratową funkcją kształtu. Utrata stateczności lokalnej i globalnej jest badana za pomocą liniowej analizy wyboczeniowej i jest weryfikowana przez porównanie z teoretycznym krytycznym momentem zginającym uzyskanym z analitycznych wzorów opartych na tzw. teorii belek Własowa, dedykowanej dla elementów cienkościennych. Dodatkowo dla prostego modelu powłokowego (płytowego), dla wydzielonej części przekroju w postaci ścianki (pas lub środnik) przeprowadzana jest analiza wyboczeniowa z wykorzystaniem Metody Elementów Brzegowych (MEB). Prowadzona jest również dyskusja dotycząca uproszczeń geometrycznych w przekroju sigma zgodnie z założeniami teoretycznymi. Szczególną uwagę zwrócono na krytyczny moment zginający obliczony na podstawie belkowej teorii Własowa, która nie uwzględnia utraty stateczności lokalnej ani deformacji konturu. Z drugiej strony badane są numeryczne modele powłokowe MES i MEB, które umożliwiają multimodalną analizę wyboczeniową z uwzględnieniem wyboczenia interaktywnego. W artykule wartość własna i kształt postaci wyboczeniowych dla wybranych modeli numerycznych są obliczane dla trzech pierwszych postaci wyboczeniowych, natomiast wartości krytyczne momentów zginających są identyfikowane na podstawie wartości własnej otrzymanej dla pierwszej postaci wyboczeniowej.
Celem pracy była analiza efektywności różnych metod pomiaru przemieszczeń stosowanych w budownictwie. W pracy porównano wartości przemieszczeń pomierzonych na testowym elemencie w postaci belki stalowej. Pomiary wykonano czujnikami LVDT, skanerem laserowym oraz systemem Aramis bazującym na metodzie cyfrowej korelacji obrazu.
EN
The aim of the study was to analyze the effectiveness of various displacement measurement methods used in construction. The paper compares the values of displacements measured on the test element in the form of a steel beam. Measurements were made with LVDT sensors, a laser scanner and the Aramis system based on the digital image correlation method.
Elastic lateral-torsional buckling of double-tee section structural steelworks has been widely investigated with regard to the major axis bending of single structural elements as a result of certain loading conditions. No specific attention has been paid to the general formulation in which an arbitrary span load pattern was associated with unequal end moments as a result of the moment distribution between structural members of the load bearing system. A number of analytical solutions were developed on the basis of the Vlasov theory of thin-walled members. Since the accurate closed-form solutions of lateral-torsional buckling (LTB) of beams may only be obtained for simple loading and boundary conditions, more complex situations are treated nowadays by using numerical finite element methods (FEM). Analytical and numerical methods are frequently combined for the purpose of: a) verification of approximate analytical formulae or b) presentation the results in the form of multiple curve nomograms to be used in design practice. Investigations presented in this paper deal with the energy method applied to LTB of any complex loading condition of elements of simple end boundary conditions, bent about the major axis. Firstly, a brief summary of the second-order based energy equation dealt with in this paper is presented and followed by its approximate solution using the so-called refined energy method that in the case of LTB coincides with the Timoshenko’s energy refinement. As a result, the LTB energy equation shape functions of twist rotation and minor axis displacement are chosen such that they cover both the symmetric and antisymmetric lateral-torsional buckling modes. The latter modes are chosen in relation to two lowest LTB eigenmodes of beams under uniform major axis bending. Finally, the explicit form of the general solution is presented as being dependent upon the dimensionless bending moment equations for symmetric and antisymmetric components, and the in-span loads. Solutions based on the present investigations are compared for selected loading conditions with those obtained in the previous studies and verified with use of the LTBeam software. Conclusions are drawn with regard to the application of obtained closed-form solutions in engineering practice.
PL
Dotychczasowe badania w zakresie rozpatrywania sprężystej utraty stateczności giętno-skrętnej jako liniowego zadania wartości własnych sformułowano podstawy teoretyczne umożliwiające podjęcie studiów w zakresie nieliniowego problemu wartości własnych (NEA). W artykule przedstawiono zagadnienia sprężystego zwichrzenia stalowych belek o przekrojach dwuteowych bisymetrycznych, zginanych względem osi większej bezwładności przekroju. Badania przedstawione w pracy dotyczą analitycznej metody energetycznej odniesionej do dowolnego złożonego przypadku obciążenia, który traktuje się jako superpozycję symetrycznej i antysymetrycznej części obciążenia. Wyprowadzono nieklasyczne równanie energetyczne, które uwzględnia wpływ przemieszczeń w stanie przedkrytycznym na moment krytyczny.
Przedstawiono wyniki badań zrealizowanych w ramach pracy dyplomowej magisterskiej pierwszej autorki w zakresie zwichrzenia belek o dwuteowym przekroju bisymetrycznym. Wynikowe wzory na momenty oraz elementarne współczynniki konwersji odnoszące się do stanów symetrii i antysymetrii zestawiono w tablicach. Umożliwiają one wykorzystanie arkusza kalkulacyjnego do wyznaczenia wartości współczynnika równoważnego momentu do wyznaczenia momentu krytycznego w wypadku obciążenia złożonego z momentów podporowych oraz obciążenia przęsłowego. Przedstawiono algorytm postępowania oraz przykład liczbowy ilustrujący sposób wykorzystania zamieszczonych wzorów i tablic.
EN
Outcomes of the investigations carried out in the MSc diploma thesis of the first author and concerned with the lateral-torsional buckling of steel beams of bisymmetric I-sections are presented in this paper. Resultant equations for moments and elementary conversion factors with regard to symmetric and antisymmetric cases are shown in tables. The equations presented in tables are suitable for the calculation of critical moments of beams under combined loading composed of end moments and span loads. The flow chart and computational example are included that illustrate the way the flow chart and tables are utilized in practical applications.
Omówiono problematykę oceny technicznej utraty stateczności stalowych elementów zginanych w płaszczyźnie większej bezwładności. Przedstawiono sposoby modelowania nośności belek z imperfekcjami w programie ABAQUS. Imperfekcyjne modele numeryczne zbudowano z wykorzystaniem profilu imperfekcji otrzymanego z analizy LBA i przeniesionego do modułu obliczeniowego umożliwiającego analizę GMNIA. Podano zalecenia praktyczne.
EN
Problems related to the technical lateral-torsional buckling resistance of members bent in the plane of section greater moment of inertia are presented. Various methods for the evaluation of imperfect beams modeling in ABAQUS were discussed. The imperfect numerical models were built using the imperfection profile obtained from LBA analysis and transferred to a computational module that allows GMNIA analysis. Practical recommendations are presented.
The study presents an analysis of steel I-beam warping. The calculations were made for hot-rolled IPE200 hinged beams with different lengths. After determining load-bearing capacity using the GMNIA method, the beams were strengthened with bimoment restraints at each end. The changes in critical moment and load-bearing capacity were then evaluated. The study presents the manner in which the material and geometric imperfections have been determined. The GMNIA calculations were conducted using the Finite Element Method in Abaqus software. The results were then compared to results obtained with traditional methods and acquired from LT Beam software.
The article analyses the method of enhancing a steel beam by adding additional steel members like ribs. They are rigidly connected with both flanges in a plane parallel to the web. That plates reduces warping during in-plane bending of steel beam under lateral-torsional bucking. Different thicknesses of steel plates used as ribs and different cross sections were taken into account. Calculations were conducted using FEM and ABAQUS CAE environment. The outcomes were compared with ones from previous studies which concerned an influence of endplates on load-bearing capacity of an I-beam.
Celem artykułu jest porównanie różnych sposobów analizy nośności belki stalowej z otworami okrągłymi w aspekcie projektowania konstrukcji. Zwrócono uwagę na model zniszczenia związany z mechanizmem Vierendeela oraz utratą stateczności słupka międzyotworowego. W pierwszym modelu porównano trzy metody analizy, a drugim dwie. Otrzymane wyniki metod porównano z wynikami MES dla dwóch zestawów belek – belek ażurowych i z pojedynczymi otworami.
EN
Second part of this article shows known ways to analyze web-post buckling of steel beams with circular openings. Theoretical methods of analyzing such beam capacity were compared with results of FEM for two types of beams – cellular beams and beams with single openings.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.