Failure modes determining the resistance and the stability of steel cellular beams

• Autorzy: Kuchta K. , Maślak M.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2015.194

Warianty tytułu

PL

Rodzaje zniszczenia określające nośność i stateczność stalowych belek ażurowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Effective failure modes relating to the steel cellular beams that nowadays have become widely used as a part of a building load-bearing structure are identified and discussed in detail. They are presented as those being critical both due to the structural resistance evaluation and due to the stability assessment. In the first case, the ultimate bending moment resistance of a whole beam in the presence of shear is estimated as well as the resistance of the beam tee section located at mid-length of the web-opening. Regarding to the verification of beam stability not only the lateral-torsional buckling is taken into consideration but also the shear buckling of the beam web and even the local instability of a web-post. Finally, the risk of the rupture of a welded joint located in a beam web-post is assessed to check if it is so small that it can be accepted by the building user.

PL

W artykule zidentyfikowano i omówiono szczegółowo, efektywne rodzaje zniszczenia występujące w belkach ażurowych, które obecnie są powszechnie używane jako konstrukcyjne elementy w budynkach. Zostały one przedstawione jako kluczowe ze względu na nośność belki jak i ze względu na ocenę jej stateczności. W pierwszym przypadku, została oszacowana maksymalna nośność na zginanie całej belki z uwzględnieniem siły ścinającej jako nośność przekroju teowego belki zlokalizowanego na środku otworu w środniku. W przypadku sprawdzania stateczności belki, należy brać pod uwagę nie tylko zwichrzenie belki ale także możliwość wyboczenia środnika belki poddanego ścinaniu, oraz miejscową utratę stateczności słupków środnika. W końcu, należy również sprawdzić możliwość zniszczenia połączenia spawanego w słupkach środnika belki, jednak ryzyko takiego uszkodzenia jest tak małe że może być akceptowalne przez użytkowników budynków.

Słowa kluczowe

EN

steel beam; cellular beam; bending; stability; resistance; lateral-torsional buckling; buckling

PL

belka stalowa; belka ażurowa; zginanie; stabilność; wytrzymałość; zwichrzenie; wyboczenie

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2015
• Tom: z. 62, nr 4
• Strony: 263--280
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kuchta K.

• Cracow University of Technology

autor

Maślak M.

• Cracow University of Technology

Bibliografia

• [1] Voříšek V., Chladný E., Melcher J.: Prvky kovových konštrukcií, Alfa – Vydavateľstvo Technickej a Ekonomickej Literatúry, Bratislava, 1983,
• [2] Łubiński M., Filipowicz A., Żółtowski W.: Konstrukcje metalowe. Część 1, Arkady, Warszawa, 2000,
• [3] Espion B.: The Vierendeel bridge at its heyday: Rational design, experiments and brittle failure, in: Nuts & bolts of construction history, vol. 3, p. 253-260, Picard, Paris, 2012,
• [4] Faltus F.: Prolamované nosníky. Technický obzor, vol. 50, 1942, p. 175-180 and 387-389,
• [5] Chung K.F., Liu T.C.H., Ko A.C.H.: Investigation on Vierendeel mechanism in steel beams with large web openings, Journal of Constructional Steel Research, vol. 57, p. 467-490, 2001,
• [6] Panedpojaman P., Rongram T.: Design equations for Vierendeel bending of steel beams with circular web openings, Proceedings of the World Congress on Engineering (WCE 2014), vol. II, July 2-4, 2014, London, UK,
• [7] Łubiński M., Bródka J.: Lekkie konstrukcje stalowe, Arkady, Warszawa, 1978,
• [8] Bródka J., Broniewicz M.: Projektowanie konstrukcji stalowych według Eurokodów, PWT, Rzeszów, 2013,
• [9] Gere J. M.: Mechanics of materials, Sixth Edition, Thomson Learning Inc., Brooks/Cole, 2004.
• [10] Redwood R. G.: Design of I-beams with web perforations, in: Narayanan R.: Beam and beam-columns: stability and strength, Applied Science Publishers, London and New York, 1983,
• [11] EN 1993-1-1:2005, Eurocode 3. Design of steel structures. Part 1-1: General rules and rules for buildings,
• [12] Müller C., Hechler O., Bureau A., Bitar D., Joyeux D., Cajot L. G., Demarco T., Lawson R. M., Hicks S., Devine P., Lagerqvist O., Hedman-Pétursson E., Unosson E., Feldmann M.: Large web openings for service integration in composite floors, Final report, Office for Official Publications of the European Communities, Luxembourg, 2006,
• [13] Ward J. K.: Design of composite and non-composite cellular beams. The Steel Construction Institute, 1990,
• [14] ENV 1993-1-1:1992/A2:1998, Eurocode 3 : Calcul des structures en acier. Partie 1-1: Règles générales – Règles générales et règles pour les bâtiments, Annexe N, Ouvertures dans les âmes,
• [15] Bihina G.: Analyse du comportement au feu des planchers mixtes acier-béton constitutés de poutres cellulaires, Doctoral Thesis, Université Blaise-Pascal – Clermont II, Clermont-Ferrand, 2011,
• [16] Durif S., Bouchaïr A. H., Vassart O.: Validation of an analytical model for curved and tapered cellular beams at normal and fire conditions, Periodica Polytechnica Civil Engineering, Vol. 57, No. 1 (2013), p. 83–95,
• [17] Panedpojaman P., Thepchatri T., Limkatanyu S.: Novel design equations for shear strength of local web-post buckling in cellular beams, Thin-Walled Structures, vol. 76 (2014), p. 92–104,
• [18] Nseir J., Lo M., Sonck D., Somja H., Vassart O., Boissonnade N.: Lateral torsional buckling of cellular steel beams, Proceedings of the Annual Stability Conference, Structural Stability Research Council, Grapevine, Texas, April 18-21, 2012,
• [19] El-Sawy K.M., Sweedan A.M.I. , Martini M.I.: Moment gradient factor of cellular steel beams under inelastic flexure, Journal of Constructional Steel Research, vol. 98 (2014), p. 20–34,
• [20] Giżejowski M.A., Salah W.A.: Numerical modeling of composite castellated beams, Proceedings of the Sixth International Conference on Composite Construction in Steel and Concrete, Devil's Thumb Ranch in Tabernash, Colorado, July 20-24, 2008,
• [21] Giżejowski M.A., Salah W.A.: Numerical modeling of composite castellated beams, in: Leon R.T., Perea T., Rassati G.A., Lange J. (Eds.): Composite construction and steel and concrete, American Society of Civil Engineering, Reston, USA, 2011, p. 554-565,
• [22] EN 1993-1-8:2005: Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1-8: Design of joints,
• [23] Hechler O.: Fertigung von Lochstegträgern. Parkhäuser und Lochstegträger in Stahl-oder Stahlverbundbauweise, html presentation accessible in [25]
• [24] https://halshs.archives-ouvertes.fr/tel-00673404/document [access: April 18,2015]
• [25] http://www.stb.rwth-aachen.de/projekte/2005/LWO+/LWO+.html, [access: April 18, 2015]