Rectangular gusset plate behaviour in cold-formed I-type steel connections

• Autorzy: Bučmys Ž , Daniūnas A.

Identyfikatory

DOI

10.1515/ace-2017-0013

Warianty tytułu

PL

Zachowanie prostokątnej blachy węzłowej w połączeniach stalowch typu I, formowanych na zimno

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Cold-formed structure connections utilizing gusset plates are usually semi-rigid. This paper investigates the behaviours of rectangular gusset plates in cold-formed connections of elements whose columns and beams are made with lipped back-to-back C-sections. Methods of calculating strength and stiffness are necessary for such semi-rigid joints. The main task of this paper is to determine a method capable of calculating these characteristics. The proposed analytical method could then be easily adapted to the component method that is described in part 1993-1-8 of the Eurocode. This method allows us to calculate both the strength and stiffness of rectangular gusset plates, assuming that the joint deforms only in plane. This method of design moment resistance calculation was presented taking into account that an entire cross-section shall reach its yield stress. A technique of stiffness calculation was presented investigating the sum of deformations acquired at the bending moment and from shear forces which are transmitted from each beam bolt group. Calculation results according to the suggested method show good agreement of laboratory experimental results of specimens with numerical simulations. Two specimens of beam-to-column connections were tested in the laboratory. Lateral supports were used on the specimens to prevent lateral displacements in order to better investigate the behaviour of the rectangular gusset plate in plane. Experiments were simulated by modelling rectangular gusset plates using standard finite element software ANSYS Workbench 14.0. Three-dimensional solid elements were used for modelling and both geometric and material nonlinear analysis was performed.

PL

Cienkościenne przekroje formowane na zimno są szeroko stosowane jako konstrukcje nośne. W większości przypadków, cienkościenne przekroje pełnią funkcję płatew, kratownic stalowych oraz lekkich ram portalowych. Połączenia takich konstrukcji powinny być proste, szybkie i łatwe w instalacji. Jednym z najprostszych sposobów połączenia belki nośnej z kolumną jest zastosowanie blach węzłowych i śrub. Ten rodzaj połączenia składa się z blachy węzłowej, przekrojów kolumny i belki nośnej oraz śrub. Przegląd prac wykazał brak uniwersalnych i dokładnych metod obliczania wytrzymałości i sztywności prostokątnych blach węzłowych. Celem niniejszej pracy jest przedstawienie metody oceny prostokątnej blachy węzłowej, zarówno pod względem wytrzymałości jak i sztywności. Ponadto, skupia się ona na porównaniu tych wyników z danymi dotyczącymi badania laboratoryjnego i danych numerycznej symulacji. Niniejsza praca zawiera metodę oceny wytrzymałości i sztywności prostokątnej blachy węzłowej. Zachowanie zostało zbadane przy założeniu, że blacha ulega deformacji wyłącznie w płaszczyźnie. Obrót prostokątnej blachy węzłowej został zbadany jako suma deformacji będących wynikiem sił zginania i ścinania, które są przenoszone z grupy śrub. Preparaty EC3 zostały dostosowane do przedstawionej metody obliczania sztywności.

Słowa kluczowe

EN

steel structure; gusset plate; I-type connection; cold-formed connection; semi-rigid connection; strength; stiffness

PL

konstrukcja stalowa; płyta narożna; złącze typu I; złącze formowane na zimno; połączenie półsztywne; wytrzymałość; sztywność

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 63, nr 2
• Strony: 3--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Bučmys Ž

• Vilnius Gediminas Technical University, Faculty of Civil Engineering, Vilnius, Lithuania

autor

Daniūnas A.

• Vilnius Gediminas Technical University, Faculty of Civil Engineering, Vilnius, Lithuania

Bibliografia

• 1. Yang J., Liu Q., “Sleeve connections of cold-formed steel sigma purlins”, Engineering structures, 43: 245 –258, 2012.
• 2. Dawe J. L., Liu, Yi, Li, J. Y., “Strength and behaviour of cold-formed steel offset trusses”, Journal of constructional steel research, 66: 556-565. 2010.
• 3. Pedreschi R. F., Sinha B. P., “An experimental study of cold formed steel trusses using mechanical clinching”, Construction and Building Materials, 22: 921–931, 2008.
• 4. Piotrowski R., Szychowski A., “Lateral-Torsional Buckling of Beams Elastically Restrained Against Warping at Supports”, Archives of Civil Engineering, 61: 155–174, 2015.
• 5. W.-W. Yu, R. A. LaBoube, “Cold-Formed Steel Design”. Fourth ed. United States of America: John Wiley & Sons, 2010.
• 6. Rzeszut K., Polus Ł., “Numerical Analysis of Thin-Walled Purlins Restrained by Sheeting in Elevated Temperature Conditions”, Archives of Civil Engineering, 61: 35–46, 2015.
• 7. Szychowski A., “Buckling Of The Stiffened Flange Of The Thin-Walled Member At Longitudinal Stress Variation”, Archives of Civil Engineering, 61: 149–168, 2015.
• 8. Bitarafan M., Zolfani S. H., Arefi S. L., Zavadskas E. K., “Evaluating the construction methods of cold-formed steel structures in reconstructing the areas damaged in natural crises, using the methods AHP and COPRASG”, Archives of civil and mechanical engineering, 12: 360-367, 2012.
• 9. Lim, J. B. P., Nethercot, D. A. “Stiffness prediction for bolted moment-connections between cold-formed steel members”, Journal of Constructional Steel Research, 60: 85–107, 2004.
• 10. Sabbagh, A. B., Petkovski, M., Pilakoutas, K., Mirghaderi, R., “Cyclic behaviour of bolted cold-formed steel moment connections: FE modelling including slip”, Journal of Constructional Steel Research, 80: 100–108, 2013.
• 11. Bródka J., “Design Of Hollow Section Overlap Joints With Reinforcing Rib Plate. Joint Resistance”, Archives of Civil Engineering, 61: 3–16, 2015.
• 12. Bródka J., Broniewicz M., “Design Of Hollow Section Overlap Joints With The Reinforcing Rib Plate. Welded Connection Resistance”, Archives of Civil Engineering, 61: 17–44, 2015.
• 13. Gečys, T.; Daniūnas, A.; Bader T. K.; Wagner L.; Eberhardsteiner J., “3D finite element analysis and experimental investigations of a new type of timber beam-to-beam connection”, Engineering structures, 86: 134-145, 2015.
• 14. Daniūnas A.; Urbonas, K., “Analysis of the steel frames with the semi-rigid beam-to-beam and beam-tocolumn knee joints under bending and axial forces”, Engineering Structures. 30 (11): 3114-3118, 2008.
• 15. Kala, Z., “Reliability analysis of the lateral torsional buckling resistance and the ultimate limit state of steel beams with random imperfections”, Journal of Civil Engineering and Management 21(7): 902–911, 2015.
• 16. Kala, Z., “Global sensitivity analysis in stability problems of steel frame structures”, Journal of Civil Engineering and Management 22(3): 417–424, 2016.
• 17. EN 1993-1-8:2005: Eurocode 3 - Design of steel structures - Part 1-8: Design of joints. Comité Européen de Normalisation, Brussels.
• 18. Yu W. K., Chung K. F., Wong M. F.. “Analysis of bolted moment connections in cold-formed steel beam-column sub-frames”, Journal of constructional steel research, 61: 1332-1352, 2005.
• 19. Bucmys, Z., Sauciuvenas, G., “The behaviour of cold formed steel structure connections”, Engineering structures and technologies, 5: 113-122, 2013.
• 20. Fang C., Yam M. C. H., Zhou X., Zhang Y. “Post-buckling resistance of gusset plate connections: Behaviour, strength, and design considerations”, Engineering structures, 99: 9-27, 2015.
• 21. Bucmys, Z., Daniunas. A., “Analytical and experimental investigation of cold-formed steel beam-to-column bolted gusset-plate joints”, Journal of Civil Engineering and Management, 21: 1061-1069, 2015.
• 22. EN 1993-1-5:2006: Eurocode 3 - Design of steel structures - Part 1-5: Plated structural elements. Comité Européen de Normalisation, Brussels.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).