Investigations on torsion of the two-chords single laced members

• Autorzy: Lorkowski P. , Gosowski B.

Identyfikatory

DOI

10.1515/ceer-2017-0026

Warianty tytułu

PL

Badania na skręcanie dwugałęziowych prętów stalowych skratowanych w jednej płaszczyźnie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents experimental and numerical studies to determine the equivalent second moment of area of the uniform torsion of the two-chord steel single laced members. The members are used as poles of railway traction network gates, and steel columns of framed buildings as well. The stiffness of uniform torsion of this kind of columns allows to the determine the critical loads of the spatial stability. The experimental studies have been realized on a single - span members with rotation arrested at their ends, loaded by a torque applied at the mid-span. The relationship between angle of rotation of the considered cross-section and the torque has been determined. Appropriate numerical model was created in the ABAQUS program, based on the finite element method. A very good compatibility has been observed between experimental and numerical studies. The equivalent second moment of area of the uniform torsion for analysed members has been determined by comparing the experimental and analytical results to those obtained from differential equation of non-uniform torsion, based on Vlasov’s theory. Additionally, the parametric analyses of similar members subjected to the uniform torsion, for the richer range of cross-sections have been carried out by the means of SOFiSTiK program. The purpose of the latter was determining parametrical formulas for calculation of the second moment of area of uniform torsion.

PL

Przedstawiono badania doświadczalne mające na celu określenie zastępczego momentu bezwładności czystego skręcania dwugałęziowych prętów stalowych z pojedynczą płaszczyzną skratowań, zlokalizowanych w osi symetrii ich przekroju poprzecznego. Pręty takie stosowane są jako słupy konstrukcji wsporczych sieci trakcyjnej a także jako słupy hal. Sztywność czystego skręcania tego typu słupów niezbędna jest do wyznaczania obciążeń krytycznych stateczności przestrzennej. Badania doświadczalnie realizowano na modelach jednoprzęsłowych prętów widełkowo podpartych na końcach, poddanych skręcaniu skupionym momentem skręcającym przyłożonym w połowie rozpiętości. W badaniach modelowych określono m.in. zależność kąta skręcenia przekroju środkowego analizowanego pręta od obciążenia momentem skręcającym. Analogiczny model pręta rozwiązano numerycznie metodą elementów skończonych za pomocą programu ABAQUS. Otrzymano przy tym dobrą zgodność wyników badań doświadczalnych i numerycznych. Zastępczy moment bezwładności czystego skręcania analizowanych prętów wyznaczono przez porównanie wyników badań doświadczalnych i numerycznych z wynikami otrzymanymi z rozwiązania odpowiedniego równania różniczkowego nieswobodnego skręcania badanego pręta, sformułowanego w ujęciu teorii Własowa. Dodatkowo wykonano analizy parametryczne podobnych elementów poddanych czystemu skręcaniu o bogatszym asortymencie przekrojów w programie SOFiSTiK. Celem tych badań było wyznaczenie praktycznych wzorów umożliwiających teoretyczne obliczenie momentu bezwładności czystego skręcania.

Słowa kluczowe

EN

steel structure; two-chords member; single laced member; torsion; experimental investigation; numerical investigation

PL

konstrukcja stalowa; element dwugałęziowy; elementy skratowane; pojedyncza płaszczyzna skratowań; skręcanie; badania doświadczalne; badania numeryczne

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego
• Czasopismo: Civil and Environmental Engineering Reports
• Rocznik: 2017
• Tom: No. 25(2)
• Strony: 147--160
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., fot., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Lorkowski P.

• Wrocław University of Science and Technology, Wrocław, Poland

autor

Gosowski B.

• Wrocław University of Science and Technology, Wrocław, Poland

Bibliografia

• 1. ABAQUS 6.12 Online Documentation, Dassault Systèmes 2012.
• 2. ArcelorMittal: Sections and Merchant Bars. Sales Programme, 2008.
• 3. Biegus A.: Stalowe budynki halowe, Arkady, Warszawa 2009.
• 4. Bogucki W., Żyburtowicz M.: Tablice do projektowania konstrukcji metalowych, Arkady, Warszawa 2006.
• 5. Gosowski B.: Problems of durability of steel in railway overhead structures, Ochrona przed Korozją, 44, 2 (2001) 40-44 (in Polish).
• 6. Gosowski B., Lorkowski P.: Evaluation of double-branched steel columns in a tram traction network, Przegląd Budowlany, 83, 5 (2012) 80-83 (in Polish).
• 7. Gosowski B., Lorkowski P., Redecki M.: Torsion stiffness of steel built-up members with lacings in one plane, Inżynieria i Budownictwo, 71, 10 (2015) 551-554 (in Polish).
• 8. Gosowski B.: Non-uniform torsion of stiffened open thin-walled members of steel structures, Journal of Constructional Steel Research, 63, 6 (2007) 849- 865.
• 9. Gosowski B.: Skręcanie i zginanie otwartych stężonych elementów konstrukcji metalowych, Oficyna Wydawnicza Politechnika Wrocławskiej, Wrocław 2004.
• 10. Gosowski B., Niżniowski P.: Verification of FEM program solutions of stability and torsion problems for I shape steel members, Archives of Civil Engineering, 54, 1 (2008) 129-145.
• 11. Hasheela P. F.: Behaviour of single laced columns versus double laced columns, Johannesburg 2013, MSc Thesis.
• 12. Krzyśpiak T.: Konstrukcje stalowe hal, Arkady, Warszawa 1976.
• 13. Kucharczuk W., Labocha S.: Hale o konstrukcji stalowej. Poradnik projektanta, Polskie Wydawnictwo Techniczne, Rzeszów 2012.
• 14. Lorkowski P.: Critical load capacity of double chords steel built-up elements with a single plane laced, Raport Instytutu Budownictwa Politechniki Wrocławskiej Seria PRE nr 5/2014, PhD Thesis (in Polish).
• 15. Lorkowski P., Gosowski B.: Experimental investigations on non-uniform torsion of the two-chord members laced at a single plane, In: Metal Structures 2016: Proceedings of the XIII International Conference on Metal Structures (ICMS2016, Zielona Góra, Poland, 15-17 June 2016), CRC Press, 2016. p. 363-370.
• 16. Romanów F.: Wytrzymałość ram i nadwozi pojazdów, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa 1988.
• 17. Rutecki J.: Cienkościenne konstrukcje nośne. Obliczenia wytrzymałościowe, PWN, Warszawa 1966.
• 18. Guide for the Design and Construction of Mill Buildings, AISE Technical Report No. 13, Pittsburg, Pennsylvania 2003.
• 19. PN-EN 1090-1+A1:2012 Wykonanie konstrukcji stalowych i aluminiowych Część 1: Zasady oceny zgodności elementów konstrukcyjnych.
• 20. PN-EN 1090-2+A1:2012 Wykonanie konstrukcji stalowych i aluminiowych Część 2: Wymagania techniczne dotyczące konstrukcji stalowych.
• 21. SOFiSTiK Manuals, SOFiSTiK AG, Oberschleißheim 2014.
• 22. STATISTICA (data analysis software system), version 10, StatSoft, Inc., 2011.

Uwagi

PL

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