Analysis of steel I-beam-columns cross-section resistance with use of finite element method

• Autorzy: Szczerba R. , Gajewski M. , Giżejowski M.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2015.166

Warianty tytułu

PL

Analiza nośności stalowych przekrojów dwuteowych ściskanych i zginanych w jednej płaszczyźnie przy zastosowaniu MES

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An interaction of uniaxial bending and axial compression occurs very often in engineering practice and has been widely described in clause 6.2 of Eurocode 3. There are appropriate formulae given to verify the design cross-section resistance of steel structural members. Numerical aspects of constructing the cross-section resistance interaction curve of I-sections are presented in this paper through numerical modelling of the behaviour of stocky beam-columns with the relative slenderness ratio of 0.2 that distinguishes the range of characteristic values of the cross-section resistance and the member buckling resistance. Numerical study was carried out with respect to hot-rolled wide flange HEB/HEAA sections. The case of combined planar bending about one of the section principal axis (y or z) and axial compression was considered. The scope of numerical research includes different cross-section classes from class 1 to class 4. In case of cross-sections from class 1 to class 3, Geometrically and Materially Nonlinear Analysis (GMNA) is carried out. As far as class 4 cross-sections are concerned, Geometrically and Materially Nonlinear with Imperfections Analysis (GMNIA) is carried out in which geometrical imperfections due out-of-flatness deformations of section plate components are taken into account in the form of first local buckling mode. Plate section components are modelled using Finite Shell Elements (FSEs). FSE modelling technique using ABAQUS/Standard library is utilized. Numerical results in the form of interaction diagrams are compared with those of analytical ones presented in Eurocode 3. Differences occurring between the results from conducted FE analysis and those obtained with use of Eurocode’s interaction formulae are discussed and factors causing these differences are outlined. Concluding remarks are drawn.

PL

Zagadnienie jednokierunkowego zginania oraz ściskania jest spotykane w praktyce inżynierskiej bardzo często i zostało szeroko opisane w pkt. 6.2 normy PN-EN 1993-1-1. Podano w niej odpowiednie formuły do sprawdzania nośności prętowych konstrukcji metalowych. W niniejszej pracy skupiono się na numerycznych aspektach oceny nośności stalowych przekrojów dwuteowych rozumianej jako nośność pręta krępego poddanego jednocześnie ściskaniu oraz jednokierunkowemu zginaniu. Studium numeryczne wykonano w odniesieniu do kształtowników walcowanych na gorąco z grupy szerokostopowych HEB/HEAA, zginanych względem głównych osi bezwładności przekroju (y, z). Zakres badań obejmuje przekroje zaliczane do klas od 1 do 4. W przypadku prętów krępych o przekroju należącym do klas od 1 do 3 wykonano pełną geometrycznie i materiałowo nieliniową analizę z uwzględnieniem efektów II rzędu (GMNA). W przypadku prętów o przekroju klasy 4 zastosowano zaś analizę GMNIA, uwzględniającą dodatkowo imperfekcje geometryczne ścianek smukłych. Modele numeryczne prętów wykonano z zastosowaniem powłokowych elementów skończonych. Do wykonania analiz numerycznych wykorzystano program komputerowy ABAQUS/Standard. Uzyskane wyniki krzywych granicznych nośności przekroju porównano z wynikami uzyskanymi z zastosowaniem formuł normowych. Sformułowano wnioski oraz kierunki dalszych badań.

Słowa kluczowe

EN

steel column; I-beam; cross-section resistance; compression with bending; MES analysis; buckling resistance; geometrical imperfection

PL

słup stalowy; belka dwuteowa; nośność przekroju; ściskanie ze zginaniem; analiza MES; nośność wyboczeniowa; imperfekcja geometryczna

• 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 3/II
• Strony: 425--437
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Szczerba R.

• Rzeszów University of Technology

autor

Gajewski M.

• Warsaw University of Technology

autor

Giżejowski M.

• Warsaw University of Technology

Bibliografia

• [1] Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings.
• [2] Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-7: Strength and stability of planar plated structures subject to out of plane loading.
• [3] Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-5: Plated structural elements.
• [4] ABAQUS Theory manual, Version 6.1., Hibbitt, Karlsson and Sorensen, Inc., Pawtucket, 2000.
• [5] ABAQUS/Standard User’s manual, Version 6.1., Hibbitt, Karlsson and Sorensen, Inc., Pawtucket, 2000.
• [6] Jemioło S., Gajewski M.: Hiper-elasto-plasticity. Seria wydawnicza Monografie Zakładu Wytrzymałości Materiałów, Teorii Sprężystości i Plastyczności, Tom III, OWPW, 2014 (in Polish).