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 artykule przedstawiono wyniki badań belek dwuteowych z drewna, w których analizowano wpływ wadliwych połączeń klinowych w pasach dolnych na ich nośność i sztywność. Pasy wykonano z drewna sosnowego klasy C24 łączonego na mikrowczepy, a środnik z płyty OSB. Próby zginania czteropunktowego przeprowadzono na belkach o długości 540 cm, w których złącza umieszczono w strefie maksymalnych momentów zginających. Wady obejmowały brak pełnego sklejenia, przesunięcie profilu oraz rozwarstwienie w strefie styku. Stwierdzono, że wadliwe połączenia obniżają sztywność giętną o około 12% i nośność o 15–20% w porównaniu z belkami bez wad. Pęknięcia inicjowały się w strefie rozciąganej, prowadząc do gwałtownej utraty nośności. Wnioski wskazują na konieczność unikania lokalizacji złączy w strefach rozciąganych oraz kontroli jakości procesu klejenia. Wyniki badań potwierdzają kluczową rolę jakości połączeń klinowych dla niezawodności belek dwuteowych i stanowią podstawę dalszych analiz optymalizacyjnych.
EN
The paper presents the results of tests on wooden I-beams analysing the effect of defective wedge joints in the lower flanges on their load-bearing capacity and stiffness. The flanges were made of C24 class pine wood joined with finger joints, and the web was made of OSB board. Four-point bending tests were carried out on beams with a length of 540 cm, in which the joints were located in the zones of maximum bending moments. The defects included incomplete bonding, profile misalignment, and delamination in the joint area. It was found that defective joints reduce bending stiffness by approximately 12% and load-bearing capacity by 15–20% compared to defect-free beams. Cracks initiated in the tension zone, leading to a sudden loss of capacity. The conclusions highlight the need to avoid locating joints in tension zones and emphasize the importance of quality control during the bonding process. The results confirm the key role of joint quality for the reliability of wooden I-beams and provide a basis for further optimization studies.
3
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.
W artykule przedstawiono eksperyment czteropunktowego zginania dwuteowych belek drewnianych, których ugięcia zmierzono, wykorzystując cyfrową korelację obrazu (DlC). Funkcje ugięcia poddano operacji transformaty falkowej, w której wykorzystano drugą pochodną rozkładu Gaussa w celu określenia krzywizny osi belek. Na tej podstawie oszacowano rozkład sztywności giętnej elementów, pokazując potencjalną przydatność techniki DIC w kontroli produkcji i badań laboratoryjnych prefabrykowanych elementów drewnianych. Przedstawiono także ograniczenia zaproponowanej metody badawczej związane z koniecznością wykonywania operacji całkowania numerycznego na dyskretnych danych eksperymentalnych obarczonych błędami pomiarowymi.
EN
The article presents an experiment of four-point bending of timber I-beams, the deflections of which were measured using digital image correlation (DIC). The deflection functions were subjected to a wavelet transform operation, which used the second derivative of the Gaussian distribution to determine the curvature of the beams' axis. On this basis, the distribution of flexural stiffness of the elements was estimated, showing the potential usefulness of the DIC technique in production control and laboratory testing of prefabricated timber elements. The limitations of the proposed research method related to the need to perform numerical integration operations on discrete experimental data subject to measurement errors are also presented.
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.
6
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.
Przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych czterech śrubowych styków doczołowych belek o przekroju dwuteowym wysokości 1,0 i 1,5 m, z wieloma szeregami śrub i liczbą śrub 2, 4 i 6 w szeregach przy pasie rozciąganym. Na podstawie wyników badań i analizy MES stwierdzono, że ocena stanu granicznego nośności wielośrubowych styków doczołowych o modelu zniszczenia 2 i 3, przeprowadzona metodą składnikową wg PN-EN 1993-1-8, nie zapewnia ich bezpieczeństwa. Zaproponowano dwie metody modyfikacji metody składnikowej: MCM (Modified Component Method) i SRM (Stiffness and Rotation Method).
EN
Results of experimental tests of four extended multi-rows bolted end-plate beam splices of height 1,0 and 1,5 m having 2, 4 or 6 bolts in rows around tension flange, has been presented. On the basis of tests and FEM results it was concluded that moment resistance of joints with 2 and 3 failure mode calculated using component method of EN 1993-1-8 is highly underestimated and not safe. Two modification methods have been proposed: MCM (Modified Component Method) and SRM (Stiffness and Rotation Method).
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.
W artykule opisano na przykładzie istniejącego obiektu gospodarczego z 1903 roku problem dotyczący sprawdzenia wytrzymałości stalowych i żeliwnych elementów konstrukcji stropu w obecnych czasach. Stan wytężenia żeliwnych słupów i stalowych belek, znajdujących się w analizowanym obiekcie, sprawdzono metodą naprężeń dopuszczalnych obowiązującą na początku XX wieku, a belek pośrednich i podciągu obliczono metodą stanów granicznych według eurokodów obowiązujących obecnie. Na podstawie przeprowadzonej analizy stwierdzono, że ocena poziomu bezpieczeństwa przekrojów belek zaprojektowanych metodą naprężeń dopuszczalnych jest zbliżona do otrzymanej w metodzie stanów granicznych.
EN
Using the example of an existing outbuilding from 1903, the article describes problem related to verification of strength of steel and cast iron elements of ceiling construction in present times. The state of effort of cast iron columns and steel beams existing in the analysed facility has been checked using the allowable stress method, used in the beginning of the 20th century, whereas the state of intermediate beams and binding joist has been calculated using the borderline state method, according to currently used eurocodes. The conducted analysis revealed that the assessment of the safety level of cross-sections of beams designed using the allowable stress method is similar to the assessment achieved in the borderline state method.
Selected problems of elastic and elastic-plastic stability of steel structure elements are presented. Numerical analyses are concerned with two types of bisymmetrical rolled I-section steel beams, namely beams with no discrete lateral and torsional restraints and with midspan lateral and torsional restraint. Numerical shell model built in ABAQUS software environment was used. Practical conclusions are drawn on the basis of results made available from numerical analyses carried out.
PL
Przedstawiono wybrane zagadnienia stateczności sprężystej i sprężysto-plastycznej elementów stalowych. Dokonano analiz numerycznych stateczności dwóch typów belki dwuteowej walcowanej, mianowicie belki bez usztywnień bocznych i przeciwskrętnych w przęśle oraz belki z jednym usztywnieniem w środku rozpiętości. Wykorzystano powłokowy model zbudowany w programie ABAQUS. Na podstawie wykonanych analiz sformułowano wnioski praktyczne.
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.
W połączeniach doczołowych dwuteowych elementów prętowych, w których śruby są sprężone, są powszechnie stosowane pełne blachy doczołowe. Naprężenia spawalnicze w tych blachach są przyczyną ich dużych deformacji w postaci braku płaskości ich powierzchni, co skutkuje najczęściej znacznym obniżeniem nośności i sztywności takiego styku. Poszukiwanie sposobu wyeliminowania niekorzystnych skutków braku płaskości pełnych blach doczołowych w stykach sprężonych nie dało jak dotąd oczekiwanego rezultatu. W artykule przedstawiono nową koncepcję wykonywania doczołowych styków sprężonych i niesprężonych, w których dotychczas stosowane pełne blachy doczołowe zastąpi się króćcami teowymi, powstającymi poprzez przyspawanie głównie do półek belek blach o małych wymiarach. Omówiono zalety takiego rozwiązania oraz przedstawiono wstępne wyniki analiz numerycznych belek, w których zastosowano połączenia doczołowe z pełnymi blachami oraz z króćcami teowymi. Wyniki wstępnych badań doświadczalnych oraz numerycznych wskazują na to, że styki doczołowe z proponowanymi króćcami teowymi są dobrym rozwiązaniem problemów występujących w przypadkach stosowania pełnych blach doczołowych. Zaprezentowane innowacyjne rozwiązanie jest przedmiotem zgłoszenia patentowego o numerze P.431459.
EN
Solid end plates are commonly used in the butt joints of I-beam members in which the bolts are preloaded. Welding stresses in these plates are the cause of their large in-plane deformations in the form of lack of flatness of their surface, which usually results in a significant reduction in the resistance and stiffness of such a splice. The search for a manner to eliminate the adverse effects of the lack of flatness of solid end plates in preloaded joints has so far failed to produce the expected result. The article presents a new concept of executing the both preloaded and ordinary butt joints, in which the hitherto used end plates will be replaced with T- stub joints, formed by small size plates welded to the flanges of beams mainly. The advantages of this solution are discussed and the preliminary results of numerical analyses of beams, in which butt joints with solid plates versus T-stubs are , are presented. The results of preliminary experimental and numerical tests indicate that butt joints with the proposed T-joints constitute a good solution to problems occurring in cases of using solid end plates. The presented innovative solution is the subject of a patent application no. P.431459.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono zagadnienia sprężystej i sprężysto-plastycznej niestateczności ogólnej belek stalowych poddanych jednokierunkowemu zginaniu w płaszczyźnie większej bezwładności przekroju. Wskazano na potrzebę uogólnienia podejścia eurokodowego oraz zaproponowano metodę weryfikacji zwichrzenia belek stalowych o przekroju dwuteowym. Wyniki postulowanego podejścia analitycznego porównano z rezultatami nieliniowych analiz numerycznych.
EN
Elastic and elastic-plastic overall instability problems of steel I-section beams subjected to bending about major principal axis are dealt with in the paper. A need for the revision of the Eurocode approach is indicated and the relevant proposal for a new method of the lateral-torsional buckling resistance evaluation of steel I-section beams is presented. Results of postulated analytical formulation are compared with those derived from nonlinear analyses.
Zaprezentowano i przedyskutowano specyficzny w sytuacji pożaru przebieg redystrybucji siły osiowej i momentów zginających w stalowej belce dwuteowej z podatnymi węzłami krępującymi swobodę deformacji. Omówiono typowe etapy tej redystrybucji i skojarzono je z generowaniem się w belce kolejnych przegubów plastycznych. Pokazano mechanizm uaktywniania się tzw. efektu cięgna decydującego o odporności ogniowej belki.
EN
The redistribution of axial force and bending moments generated in a restrained steel I-beam with flexible joints, specific for fire situation, was presented and widely discussed. The typical stages of such a redistribution were identified, corresponding to the generation in a beam the consecutive plastic hinges. The mechanism of the activation of the so-called catenary effect was explained as well determining the fire resistance of the considered beam.
Omówiono problem stateczności ogólnej kształtowników tzw. zwichrzenie. Skupiono się na analizie stalowych belek o zbieżnych środnikach, ze zróżnicowanym współczynnikiem zbieżności przekroju poprzecznego. Do obliczeń wykorzystano program komputerowy DLUBAL, oparty na metodzie elementów skończonych. Wyniki porównano z programem ANSYS wykorzystującym tę samą metodę oraz z metodą analityczną Ritza.
EN
The problem of general stability of profiles so called lateral-torsional buckling beams was discussed. It was focused on the analysis of steel beams with tapering webs, with a varied coefficient of cross-section taper. The computer program DLUBAL, based on finite element method, was used for calculations. The results were compared with computer program ANSYS using the same method as well as with Ritz's analytical method.
Zaproponowano sposób wyznaczania momentu krytycznego zwichrzenia bisymetrycznej stalowej belki o zbieżnym przekroju poprzecznym na długości. Do wyznaczenia obciążenia krytycznego zastosowano metodę Ritza. Obliczenia wykonano przy różnych parametrach zbieżności pasów i środnika belki obciążonej momentami skupionymi na końcach. Wyniki zaprezentowano w formie graficznej.
EN
A procedure for critical buckling moment of a bisymmetrical tapered beam is proposed. To compute critical buckling loads Ritz method was used. In particular, critical buckling moments of beams under positive gradient moments with different taper parameters for flanges and the web are considered. Detailed, numerical, parametric analyses are carried out in graphical form.
W pracy przedstawiono zagadnienie wpływu imperfekcji materiałowych i geometrycznych na techniczne zwichrzenie stalowych belek walcowanych i spawanych poddanych jednokierunkowemu zginaniu względem osi większej bezwładności przekroju y-y. Obliczenia metodą elementów skończonych przeprowadzono w odniesieniu do belek walcowanych na gorąco, wykonanych z kształtowników szerokostopowych HEB i wąskostopowych IPE oraz belek spawanych o takich samych proporcjach przekroju. Analizowano elementy o wstępnym wygięciu odpowiadającym pierwszej formie zwichrzenia oraz pierwszej formie giętnej względem osi mniejszej bezwładności przekroju z-z. Naprężenia resztkowe po walcowaniu i spawaniu elementów modelowano z użyciem wstępnych pól naprężeń. Wykonano geometrycznie i materiałowo nieliniowe analizy GMNIA. Do obliczeń numerycznych wykorzystano program metody elementów skończonych ABAQUS/Standard.
EN
The proposed paper analyzes the influence of geometrical and material imperfections on the LTB resistance of steel rolled and welded I-section beams subjected to uni-directional bending about major principal axis y-y. FEM calculations were conducted in case of rolled beams with wide flange HEB and narrow flange IPE sections and welded beams made of equivalent section dimensions. Imperfection profile corresponding to the lowest eigenmode of lateral-torsional buckling was used in case of equivalent geometric imperfection modelling and the lowest of flexural buckling about minor principal axis z-z in case of separate modelling of geometric and material imperfections. In the latter case, residual stresses were modelled with use of initial stress fields. Geometrically and materially nonlinear analyses of GMNIA type were carried out.
W artykule omówiono nową i innowacyjną koncepcję wykonania belek nośnych z wykorzystaniem drewna oraz szkła. W artykule pokrótce opisano dotychczas przeprowadzone badania w zakresie wymienionych belek ze zwróceniem uwagi na najważniejsze wnioski dotyczące budowy, użytych materiałów oraz bezpieczeństwa tego typu konstrukcji. W kolejnej części artykułu przybliżono plan badań autorskich belek drewniano-szklanych pod obciążeniem wielokrotnie zmiennym wraz z walidacją numeryczną wyników.
EN
The paper consists of the description of new and innovative concept of constructing bearing beams with timber and glass. There is short description of previous investigations in the paper, with mentioning the most important conclusions of previous works: way of constructing, used materials and safety of these structures. Further, the own research plan of timber-glass beams under multiple variable loading was described with the numerical validation of the results.
Artykuł prezentuje numeryczne i analityczne metody analizy dwuteowych belek zespolonych drewniano-szklanych porównane z przeprowadzonymi przez innych badaczy badaniami eksperymentalnymi. Główny nacisk położono na analizę rozkładu naprężeń normalnych do przekroju poprzecznego poszczególnych elementów składowych belek. Szczególnie w przypadku elementów szklanych, każde niedoszacowanie naprężeń rozciągających może powodować przedwczesną utratę akceptowalnego wyglądu lub wyczerpanie nośności. W celu odniesienia prowadzonych analiz do wyników eksperymentalnych przeprowadzono syntetyczny przegląd literatury przedmiotu.
EN
The article presents numerical and analytical methods of analysis of composite wood-and-glass I-beams, compared with experimental tests carried out by other researchers. The main focus of the article is covered by an analysis of distribution of stresses normal for cross section of particular beam elements. Especially in the case of glass elements, any underestimation of stretching stresses may cause premature loss of acceptable appearance or exhaustion of the load-bearing capacity. In order to refer the conducted analyses to experimental results, a synthetic overview of subject literature has been prepared.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.