Stability and resistance of steel continuous beams with thin-walled box sections

• Autorzy: Brzezińska K. , Szychowski A.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ace-2018-0048

Warianty tytułu

PL

Stateczność i nośność stalowych belek ciągłych o smukłościennych przekrojach skrzynkowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The issues of local stability and ultimate resistance of a continuous beam with thin-walled box section (Class 4) were reduced to the analysis of the local buckling of bilaterally elastically restrained internal plate of the compression flange at longitudinal stress variation. Critical stress of the local buckling was determined using the so-called Critical Plate Method (CPM). In the method, the effect of the elastic restraint of the component walls of the bar section and the effect of longitudinal stress variation that results from varying distribution of bending moments were taken into account. On that basis, appropriate effective characteristics of reliable sections were determined. Additionally, ultimate resistances of those sections were estimated. The impact of longitudinal stress variation and of the degree of elastic restraint of longitudinal edges on, respectively, the local buckling of compression flanges in the span section (p) and support section (s) was analysed. The influence of the span length of the continuous beam and of the relative plate slenderness of the compression flange on the critical ultimate resistance of box sections was examined.

PL

W niniejszej pracy zajęto się wyznaczeniem nośności belki ciągłej o cienkościennym przekroju skrzynkowym z uwzględnieniem dokładniejszego modelu obliczeniowego. Wzięto pod uwagę zarówno efekt sprężystego zamocowania ścianki najsłabszej (płyty krytycznej CP) w ściankach usztywniających (płytach usztywniających RPs) jak również wzdłużną zmienność naprężeń wywołaną zmiennością momentów zginających. Do analizy przyjęto sytuację stałego przekroju skrzynkowego na całej długości belki. W takim przypadku, o nośności belki ciągłej decyduje skrajne przęsło. Zagadnienie stateczności lokalnej i nośności granicznej belki ciągłej sprowadzono do analizy wyboczenia lokalnego obustronnie sprężyście zamocowanej płyty przęsłowej pasa ściskanego przy występowaniu wzdłużnej zmienności naprężeń. Naprężenia krytyczne wyboczenia lokalnego wyznaczono metodą płyty krytycznej (Critical Plate Method „CPM” [12]), w której uwzględniono efekt sprężystego zamocowania ścianek składowych przekroju pręta oraz efekt wzdłużnej zmienności naprężeń. Na tej podstawie wyznaczono „lokalną” nośność krytyczną (McrL), określającą zakres dokrytycznego zachowania się przekroju (stanowiącą granicę ważności technicznej teorii prętów cienkościennych o sztywnym konturze) oraz odpowiednie charakterystyki efektywne miarodajnych przekrojów (przęsłowego i podporowego). Nośności graniczne (Meff) przekrojów oszacowano metodą szerokości efektywnej przy następujących założeniach [12]: a) smukłość płytową pasa ściskanego (płyty krytycznej CP) wyznaczono na podstawie naprężeń krytycznych obliczonych z uwzględnieniem efektu obustronnego sprężystego zamocowania płyty w środnikach przekroju oraz przy uwzględnieniu wzdłużnej zmienności naprężeń, b) dla środników (płyt usztywniających RPs), na tych samych krawędziach przyjęto podparcie przegubowe, c) warunki brzegowe na drugiej krawędzi przęsłowej RP mają na ogół nieznaczny wpływ na wynik obliczeń, (konserwatywnie można tu również przyjąć podparcie przegubowe), d) wpływ ewentualnej wzdłużnej zmienności naprężeń w RP jest nieznaczny i można go pominąć, e) tak wyznaczone szerokości współpracujące „złożono” w efektywny przekrój poprzeczny.

Słowa kluczowe

EN

thin-walled element; box section; continuous beam; local critical resistance; design ultimate resistance

PL

element smukłościenny; przekrój skrzynkowy; belka ciągła; nośność krytyczna lokalna; nośność graniczna obliczeniowa

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 64, nr 4/I
• Strony: 123--143
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Brzezińska K.

• Kielce University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Kielce, Poland

autor

Szychowski A.

• Kielce University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Kielce, Poland

Bibliografia

• 1. W. Bogucki, M. Żyburtowicz: Tables for the design of metal structures (in Polish), 7th ed.,
• 2. P. S. Bulson: The stability of Flat Plates. Chatto and Windus, 1970.
• 3. A. Chudzikiewicz: General theory of thin-walled bars stability taking into account the cross-section deformability. Part II: Complex cross-sections bars (in Polish). Rozprawy Inżynierskie, Vol. VIII, 1960, Series 4, 805-841.
• 4. V. Kalyanaraman: Local buckling of cold-formed steel members. Journal of the Structural Division, vol. 105, pp. 813-828, 1979.
• 5. M. Kotełko: Thin-walled structures resistance and failure mechanisms (in Polish), Warsaw 2011.
• 6. Z. Kowal: The stability of compressed flange of plate girder with a box section (in Polish) Zeszyty Naukowe Politechniki Wrocławskiej, Budownictwo 1965, pp. 73-85.
• 7. L. Li, J. K. Chen: An analytical model for analyzing distortional buckling of cold-formed steel sections. Thin Walled Structures 46 (2008), pp. 1430-1436.
• 8. A. Łukowicz, E. Urbańska-Galewska, M. Gordziej-Zagórowska: Experimental testing of innovative cold-formed “GEB” section. Civil and Environmental Engineering Reports, pp. 129-140, 2015.
• 9. B. Potrzeszcz-Sut, A. Szychowski: Neural prediction of the buckling coefficient of the internal wall of the thin-walled element (in Polish), in: Konstrukcje Betonowe i Metalowe, pp. 259-266.
• 10. B. Potrzeszcz-Sut, A. Szychowski: Neural approximation of the buckling coefficient of compression flange of box girder evenly loaded transversely. Applied Mechanics and Materials, pp. 137-144, 2015.
• 11. K. Rzeszut, Ł. Polus: Numerical analysis of thin-walled purlins restrained by sheeting in elevated temperature conditions. Archives of Civil Engineering, vol. LXI, Issue 4, pp. 35-44, 2015.
• 12. A. Szychowski: Computation of thin-walled cross-section resistance to local buckling with the use of the Critical Plate Method. Archives of Civil Engineering, vol. 62, Series: 2, pp. 229-264, 2016.
• 13. A. Szychowski: Stability of cantilever walls of steel thin-walled bars with open cross-section. Thin-Walled Structures, pp. 348-358.
• 14. A. Szychowski: Buckling of internal walls in thin-walled members, Kielce-Suchedniów 2014, pp. 81-84.
• 15. C. Yu, B. W. Schafer: Effect of longitudinal stress gradients on elastic buckling of thin plates. J Eng Mech ASCE 2007, pp. 452-63.
• 16. PN-EN 1993-1-5:2006 Eurocode 3 - Design of steel structures - Part 1-5: Plated structural elements.
• 17. PN-EN 1993-1-3:2006 Eurocode 3 - Design of steel structures - Part 1-3: General rules. Supplementary rules for cold-formed members and sheeting.
• 18. PN-EN 1993-1-1:2006 Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).