Validation of CSD advanced analysis of braced frame responses using subframe experimental investigations

• Autorzy: Barszcz A. M.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ace-2018-0020

Warianty tytułu

PL

Walidacja zaawansowanej analizy CSD ram stężonych z wykorzystaniem badań doświadczalnych podzespołów ramowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper deals with a Continuous Stiffness Degradation (CSD) version of advanced analysis of braced steel framing. It is based on the gradual stiffness degradation concept of frame and truss members. A novelty of the approach presented herein is related to the introduction of the bracing member response in the whole range of its behaviour in tension and compression, including the post-limit range. The validation of the proposed advanced analysis is performed for braced framework with rolled angle section braces. The validation of the brace force-deformation model has been presented in the author’s earlier publication. The basis for the presented CSD advanced analysis is briefly summarized and its difference with regard to the Refined Plastic Hinge (RPH) version of advanced analysis is emphasized. Experimental investigations dealing with tests on portal braced sub-frame specimens are referred to briefly. Results of the experimental investigations are presented in the form of a frame global response and they are used for the validation of the developed computational model.

PL

Artykuł dotyczy analizy zaawansowanej – Continuous Stiffness Degradation (CSD) stalowych stężonych układów szkieletowych Pionowe stężenia ram składają się z elementów kratownicowych połączonych z elementami ramowymi. Technika modelowania oparta jest na koncepcji stopniowej degradacji sztywności elementów ramy i kratownicy. Nowatorstwo podejścia przedstawionego w niniejszym artykule związane jest z wprowadzeniem odpowiedzi elementu stężającego w całym zakresie jego zachowania przy rozciąganiu i ściskaniu, w tym w zakresie po osiągnięciu nośności na wyboczenie. Walidacja proponowanej zaawansowanej analizy jest przeprowadzana dla podsystemu ramowego składającego się z dwuteowników stanowiących ramę podstawową i jednego pręta stężającego z kątownika walcowanego, dla którego walidacja zależności siła-przemieszczenie została przedstawiona we wcześniejszej publikacji autora, cytowanej w artykule. Przedstawiono krótki przegląd propozycji analizy konstrukcji ram stalowych z uzasadnieniem wyboru zaawansowanej analizy CSD i określeniem jej odmienności w stosunku do zaawansowanej analizy udoskonalonego przegubu plastycznego (RPH). Zamieszczono wzory analityczne do wyznaczania współczynników redukcji sztywności i na wykresach pokazano przebieg ich zmienności przy obciążeniu momentem zginającym i siłą osiową w przypadku elementów ramowych, a w przypadku elementów kratowych tylko siłą osiową. Krótko omówiono program badań doświadczalnych stężonych podsystemów ram portalowych, który przedstawiany był szczegółowo we wcześniejszych publikacjach. Zamieszczono wyniki badań doświadczalnych w postaci ścieżek równowagi ram badanych doświadczalnie F–δF, z zaznaczonymi punktami granicznymi i charakterystycznymi, za które uznano osiągnięcie nośności wyboczeniowej przez pręt stężenia ramy. Wyniki te wykorzystano do walidacji opracowanego modelu obliczeniowego ram stężonych. Porównano przebieg ścieżek równowagi w zakresie sztywności i nośności układów oraz pokazano przebieg degradacji sztywności pręta stężenia i najbardziej obciążonego elementu rygla ramy. Porównano otrzymane analitycznie i numerycznie przebiegi zależności siła-odkształcenie oraz współczynnik redukcji sztywności w funkcji odkształcenia osiowego pręta stężenia. Wnioski sformułowano w odniesieniu do zastosowania zwalidowanego modelu w bezpośrednim projektowaniu stężonych stalowych konstrukcji szkieletowych.

Słowa kluczowe

EN

steel framework; braced frame; angle brace; post-limit brace behaviour; CSD; continuous stiffness degradation; advanced analysis; validation; computational model

PL

rama stalowa; rama stężona; kątownik stężający; zachowanie pokrytyczne; analiza zaawansowana; degradacja sztywności ciągła; CSD; walidacja; model obliczeniowy

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 64, nr 2
• Strony: 111--146
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., il.

Twórcy

autor

Barszcz A. M.

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

Bibliografia

• 1. W. S. King, D. W. White, W. F. Chen, “Second-order inelastic analysis methods for steel-frame design”, Journal of Structural Engineering, 118 (2), 408-428, 1992.
• 2. ECCS, “Ultimate Limit State Calculation of Sway Frames with Rigid Joints”, European Convention for Constructional Steelwork, Technical Committee 8 – Structural Stability, Technical Working Group 8.2, 1984.
• 3. D. W. White, W. F. Chen, Plastic Hinge based Methods for Advanced Analysis and Design of Steel Frames - An Assessment of the State of the Art, Structural Stability Research Council, Lehigh University, Bethlehem, PA, USA, 1993.
• 4. M. R. Attalla, G. G. Deierlein, W. McGuire, “Spread of plasticity: Quasi-plastic-hinge approach”, Journal of Structural Engineering, 120 (8), 2451-2473, 1994.
• 5. C. Díaz, P. Martí, M. Victoria, O. M. Querin, “Review on the modelling of joint behaviour in steel frames”, Journal of Constructional Steel Research, 67 (5), 741-758, 2011.
• 6. W. F. Chen, E. M. Lui, “Effects of joint flexibility on the behavior of steel frames”, Computers & Structures, 26(5), 719-732, 1987.
• 7. Y. Goto, W. F. Chen, “On the computer-based design analysis for the flexibly jointed frames”, Journal of Constructional Steel Research, 8, 203-231, 1987.
• 8. W. F. Chen, S. E. Kim, “LRFD Steel Design using Advanced Analysis”, CRC Press, Boca Raton, 1997.
• 9. M. A. Gieżowski, Computational models of steel plane frames with semi-rigid joints, Series: Inżynieria Lądowa, vol. 136, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa, 2000 [in Polish].
• 10. M. A. Giżejowski, A. M. Barszcz, “Advanced analysis of inelastic steel truss and frame structures - a unified approach”, Proceedings of SDSS 2006 - International Colloquium on Stability and Ductility of Steel Structures (Eds. D. Camotim, N. Silvestre, P. Dinks), IST Press Lisbon, 1, 431-438, 2006.
• 11. M. A. Giżejowski, A. M. Barszcz, C. J. Branicki, H. C. Uzoegbo, “Review of analysis methods for inelastic design of steel semi-continuous frames”, Journal of Constructional Steel Research, 62, 81-92, 2006.
• 12. M. Giżejowski, A. Barszcz, A. Kozłowski, L. Ślęczka, “Current practice and future development in modelling, analysis and design of steel semi-continuous frames”, Archives of Civil Engineering. 54, 73-128, 2008.
• 13. H. Gorgun, “Geometrically nonlinear analysis of plane frames composed of flexibly connected members”, Structural Engineering and Mechanics, International Journal, 45 (3), 277-309, 2013.
• 14. H. R. Valipour, M. A. Bradford, “Nonlinear P-D analysis of steel frames with semi-rigid connections”, Steel and Composite Structures, 14 (1), 1-20, 2013.
• 15. P. C. Nguyen, N. T. N. Doan, C. Ngo-Huu, S. E. Kim, “Nonlinear inelastic response history analysis of steel frame structures using plastic-zone method”, Thin-Walled Structures, 85, 220-233, 2014.
• 16. P. C. Nguyen, S. E. Kim, “Advanced analysis for planar steel frames with semi-rigid connections using plastic-zone method”, Steel and Composite Structures, 21 (5), 1121-1144, 2016.
• 17. S. L. Chan, Y. P. Liu, S. W. Liu, “A New Codified Design Theory of Second-order Direct Analysis for Steel and Composite Structures – From Research to Practice”, Structures, 9, 105-111, 2017.
• 18. A. M. Barszcz, “Experimentally assisted modelling of the behaviour of steel angle brace”, Archives of Civil Engineering, LX (1), pp. 3-39, 2014.
• 19. A.M. Barszcz, “Experimental investigations of braced frame system”, Inżynieria i Budownictwo, 7, 380-384, 2010 [in Polish]
• 20. EN 1993-1-1, Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1-1: General rules and rules for buildings, Brussels: CEN, 2005.
• 21. A.M. Barszcz, M.A. Giżejowski, “An Equivalent Stiffness Approach for Modeling the Behavior of Compression Members According to Eurocode 3”, Journal of Constructional Steel Research, 63 (1), 55-70, 2007.
• 22. M. Kucukler, L. Gardner, L. Macorini, “A stiffness reduction method for the design of structural steel elements”, Engineering Structures 73, 72-84, 2014
• 23. M. Kucukler, L. Gardner, L. Macorini, “Development and assessment of a practical stiffness reduction method for the in-plane design of steel frames”, Journal of Constructional Steel Research, 126, 187-200, 2016.
• 24. J. Y. Liew, W. F. Chen, “Second-order plastic hinge analysis of frames” in “Adavanced analysis of steel frames: Theory, software and applications”, (Eds. W.F. Chen & S. Toma). CRC Press: Boca Raton, 139-194, 1994.
• 25. M. A. Gizejowski, J. P. Papangelis, H. C. Parameswar, “Stability design of semi-continuous steel frame structures”, Journal of Constructional Steel Research, 46 (1-3), 1998 [full text in e-version on attached CD].

Uwagi

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