Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Elastic lateral-torsional buckling of steel bisymmetric double-tee section beams

Barszcz Anna, Giżejowski Marian, Pękacka Malwina

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 2

83-103

EN

Elastic lateral-torsional buckling of double-tee section structural steelworks has been widely investigated with regard to the major axis bending of single structural elements as a result of certain loading conditions. No specific attention has been paid to the general formulation in which an arbitrary span load pattern was associated with unequal end moments as a result of the moment distribution between structural members of the load bearing system. A number of analytical solutions were developed on the basis of the Vlasov theory of thin-walled members. Since the accurate closed-form solutions of lateral-torsional buckling (LTB) of beams may only be obtained for simple loading and boundary conditions, more complex situations are treated nowadays by using numerical finite element methods (FEM). Analytical and numerical methods are frequently combined for the purpose of: a) verification of approximate analytical formulae or b) presentation the results in the form of multiple curve nomograms to be used in design practice. Investigations presented in this paper deal with the energy method applied to LTB of any complex loading condition of elements of simple end boundary conditions, bent about the major axis. Firstly, a brief summary of the second-order based energy equation dealt with in this paper is presented and followed by its approximate solution using the so-called refined energy method that in the case of LTB coincides with the Timoshenko’s energy refinement. As a result, the LTB energy equation shape functions of twist rotation and minor axis displacement are chosen such that they cover both the symmetric and antisymmetric lateral-torsional buckling modes. The latter modes are chosen in relation to two lowest LTB eigenmodes of beams under uniform major axis bending. Finally, the explicit form of the general solution is presented as being dependent upon the dimensionless bending moment equations for symmetric and antisymmetric components, and the in-span loads. Solutions based on the present investigations are compared for selected loading conditions with those obtained in the previous studies and verified with use of the LTBeam software. Conclusions are drawn with regard to the application of obtained closed-form solutions in engineering practice.

PL

Dotychczasowe badania w zakresie rozpatrywania sprężystej utraty stateczności giętno-skrętnej jako liniowego zadania wartości własnych sformułowano podstawy teoretyczne umożliwiające podjęcie studiów w zakresie nieliniowego problemu wartości własnych (NEA). W artykule przedstawiono zagadnienia sprężystego zwichrzenia stalowych belek o przekrojach dwuteowych bisymetrycznych, zginanych względem osi większej bezwładności przekroju. Badania przedstawione w pracy dotyczą analitycznej metody energetycznej odniesionej do dowolnego złożonego przypadku obciążenia, który traktuje się jako superpozycję symetrycznej i antysymetrycznej części obciążenia. Wyprowadzono nieklasyczne równanie energetyczne, które uwzględnia wpływ przemieszczeń w stanie przedkrytycznym na moment krytyczny.

2

Bond between steel and SCC in completely concrete encased HEA 160 I-section columns

Szadkowska Magdalena, Szmigiera Elżbieta

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 3

125--137

EN

The paper presents research results of bond tests in completely concrete encased steel I-section columns made of self-compacting concrete (SCC). The results of push-out tests obtained by elements made of SCC were compared with those elements, which were made of vibrated concrete. The influence of selected factors on resistance to the vertical shear was considered in this study. The analysis of research results shows that the resistance to the vertical shear between steel I-section and SCC concrete depends on distance between stirrups and concrete age. Shrinkage has important influence on interfacial bond forces. The test results were compared with a recommendations given in the Design code - Eurocode 4. This standard can be used only for composite elements made of lightweight and vibrated concrete. In the case of completely concrete encased I-section composite columns the shear resistance after 28 days and after concrete shrinkage was higher than design resistance strength given in the standard. This means that the design value of the shear strength given in the standard should be verified and checked, if it can be applied to elements made of SCC concrete. Further tests should be carried out to determine the value of shear resistance for such elements.

PL

Stalowo-betonowe słupy o przekroju złożonym z obetonowanego dwuteownika stanowią jeden z podstawowych typów słupów zespolonych szeroko stosowanych w budownictwie. Dzięki takim cechom jak: wysoka nośność, sztywność czy też ciągliwość, zyskały na popularności i znalazły zastosowanie jako podpory w obiektach mostowych, konstrukcjach hydrotechnicznych, a także w różnego rodzaju budynkach posadowionych na terenach zagrożonych sejsmicznie. Przekroje złożone z obetonowanego dwuteownika są powszechnie stosowane, np. w podmorskich tunelach Chin. Jednocześnie istotnym zagadnieniem rozważanym w wielu publikacjach jest możliwość wzmocnienia stalowych, skorodowanych słupów, stanowiących podpory mostów w Stanach Zjednoczonych, poprzez ich obetonowanie. W tego typu konstrukcjach, których przekroje są często gęsto zbrojone, a przestrzeń między deskowaniem i stalowym kształtownikiem nieduża, zasadnym wydaje się użycie betonu samozagęszczalnego (SCC z ang. Self-Compacting Concrete). Dlatego Autorki artykuły podjęły się zbadania przyczepności między stalą i betonem samozagęszczalnym w zespolonych słupach o przekroju złożonym z obetonowanego dwuteownika HEA 160. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań przyczepności miedzy stalą i betonem samozagęszczalnym (SCC), elementów złożonych z obetonowanego dwuteownika HEA 160 i porównano je z wynikami uzyskanymi przez elementy wykonane z betonu wibrowanego. W pracy przedstawiono również wpływ wybranych czynników na nośność na ścinanie w płaszczyźnie zespolenia. Analiza wyników badań pokazała, że rozstaw zbrojenia poprzecznego oraz wiek i rodzaj betonu wpływają na nośność na ścinanie w płaszczyźnie zespolenia. Jednocześnie wyniki badań obliczeniowej nośności na ścinanie w płaszczyźnie zespolenia zestawiono z wartościami granicznymi podanymi w normie Eurokod 4. Jak wynika z przeprowadzonej analizy, wszystkie badane elementy uzyskały wyższą wartość naprężeń ścinających w płaszczyźnie zespolenia niż wartość podana w tablicy normowej EC4, zarówno po 28 dniach jak i po badaniu skurczu betonu. Zgodnie z zaleceniami określonymi w normie PN-EN 1994-1-1-2008, wartość obliczeniowych naprężeń ścinających zależy jedynie od rodzaju przekroju elementów ściskanych. Należy podkreślić, że zalecenia normowe dotyczą jedynie elementów wykonanych z betonu zwykłego, ale wydaje się, że nawet w tym przypadku warunki klasyfikacji granicznej nośności na ścinanie τRd wydają się być niewystarczające. W związku z tym wydaje się, że powinny zostać przeprowadzone kolejne badania w celu określenia obliczeniowej nośności na ścinanie dla elementów wykonanych z betonu SCC.

3

Elastic flexural-torsional buckling of steel I-section members unrestrained between end supports

Giżejowski Marian Antoni, Barszcz Anna Maria, Stachura Zbigniew

Archives of Civil Engineering

|

2021

|

Vol. 67, nr 1

635--656

EN

Elastic instability of steel I-section members has been investigated with regard to axial compression, major axis bending as well as compression and major axis bending, based on the Vlasov theory of thin-walled members. Investigations presented in this paper deal with the energy method applied to the flexural-torsional buckling (FTB) problems of any complex loading case that for convenience of predictions is treated as a superposition of symmetric and antisymmetric components. Firstly, the review of energy equation formulations is presented for the elastic lateral-torsional buckling (LTB) of beams, then the most accurate beam energy equation, so-called the classical energy equation formulated for bisymmetric I-section beams is extended to cover also the beam-column out-of-plane stability problems, referred hereafter to FTB problems. Secondly, for the simple end boundary conditions, the shape functions of twist rotation and minor axis displacement are chosen such that they cover both symmetric and antisymmetric lateral-torsional buckling modes in relation to two lowest eigenvalues of the beam LTB in major axis bending. Finally, the explicit form of the general solution is presented being dependent upon the dimensionless bending moment equations for symmetric and antisymmetric components, and the load factor ψk where the lower k index identifies the load case.

PL

Na podstawie teorii prętów cienkościennych Własowa w artykule przedstawiono zagadnienia stateczności sprężystej stalowych elementów o przekrojach dwuteowych bisymetrycznych, poddanych ściskaniu i zginaniu względem osi większej bezwładności przekroju. Ponieważ rozwiązanie ścisłe zagadnienia zwichrzenia oraz wyboczenia giętnoskrętnego elementów ściskanych i zginanych można wyznaczyć tylko w odniesieniu do prostych przypadków obciążeń, w przypadkach bardziej złożonych obciążeń wykorzystuje się metody przybliżone - zarówno analityczne jak i numeryczne. Badania przedstawione w pracy dotyczą analitycznej metody energetycznej odniesionej do dowolnego złożonego przypadku obciążenia, który traktuje się jako superpozycję symetrycznej i antysymetrycznej części obciążenia. W pierwszej kolejności przedstawiono różne sformułowania, tak zwane alternatywne i klasyczne, równań dotyczących energii odkształcenia i obciążenia w wypadku zwichrzenia sprężystego belek zginanych. Dokładniejsze klasyczne równanie energii sformułowane dla belek zginanych o przekroju dwuteowym bisymetrycznym rozszerzono o wpływ siły podłużnej ściskającej w celu rozwiązania problemu giętno-skrętnego wyboczenia elementów ściskanych i zginanych oraz przedstawiono w postaci funkcji pochodnych kąta skręcenia ϕ i przemieszczenia liniowego v. Następnie, po przyjęciu funkcji kształtu kąta skręcenia ϕ oraz przemieszczenia v tak, aby obejmowały postacie zwichrzenia belki odpowiadające symetrycznemu i antysymetrycznemu rozkładowi momentu zginającego, wyprowadzono macierzowe kryterium utraty stateczności pręta w ujęciu liniowego problemu wartości własnych (LEA). Ostatecznie przedstawiono jawną postać rozwiązania liniowego problemu wartości własnych zależną od symetrycznej i antysymetrycznej części momentu zginającego. Otrzymane rozwiązanie porównano z wynikami uzyskanymi z innych badań i stwierdzono dobrą zgodność. Opracowane krzywe stateczności sprężystej elementów ściskanych i zginanych odgrywają ważną rolę w ocenie nośności wyboczeniowej nieidealnych elementów ściskanych i zginanych przy użyciu tak zwanej metody ogólnej (z ang. General Method), wprowadzonej w eurokodzie stalowym EN 1993-1-1:2005. Metodę tę stosuje się skutecznie tylko w przypadku prostych obciążeń prętów, ponieważ ogólne rozwiązanie równania stateczności sprężystej elementów ściskanych i zginanych nie było szeroko badane w literaturze. Artykuł jest punktem wyjścia do dalszych badań nad ulepszeniem opracowanego rozwiązania, polegającym na zastąpieniu liniowej formuły problemu wartości własnych (LEA) jej odpowiednikiem wynikającym z nieliniowego problemu wartości własnych (NEA).

4

Symulacje losowej nośności przekroju stalowych prętów dwuteowych ściskanych i zginanych w płaszczyźnie większej bezwładności

Stachura Zbigniew, Szwed Aleksander, Giżejowski Marian

Inżynieria i Budownictwo

|

2019

|

R. 75, nr 7-8

343--349

PL

Oceniono nośność przekroju stalowych prętów dwuteowych wąsko- i szerokostopowych H, ściskanych i zginanych w płaszczyźnie większej bezwładności. Uwzględniono model przyjęty w normie PN-EN 1993-1-1 oraz model proponowany do nowelizacji eurokodów. Przeprowadzono szereg symulacji Monte Carlo losowej nośności przekroju, uwzględniając najnowsze polskie oraz europejskie dane statystyczne. Podano wnioski i zalecenia praktyczne.

EN

Evaluation of the section resistance of double-tee section members, narrow I and wide H, subjected to compression and major axis bending is carried out in this paper, taking into consideration the model of present European code PN-EN 1993-1-1 and that proposed for the novelization of Eurocodes. A number of Monte Carlo simulations were performed for selected wide and narrow flange sections, taking into consideration recently obtained statistical data in Poland and Europe. Conclusions and practical recommendations are presented.

5

Ogólny przypadek zwichrzenia belek o dwuteowym przekroju bisymetrycznym podpartych widełkowo

Bijak R.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Budownictwo i Inżynieria Środowiska

|

2011

|

z. 58, nr 3/II

201-208

PL

W pracy przedstawiono analityczne wzory na oszacowanie momentu krytycznego zwichrzenia niestężonych bisymetrycznych belek dwuteowych podpartych widełkowo. Założono, że obciążenia poprzeczne są przyłożone w punktach o tej samej współrzędnej po wysokości przekroju. W odróżnieniu od rozwiązań przedstawionych w literaturze {4 - 7}, prezentowana metoda pozwala wyznaczyć moment krytyczny zwichrzenia w przypadku dowolnej liczby sił poprzecznych o różnych zwrotach. Wyprowadzone wzory pozwalają na prostą i szybką kontrolę poprawności momentu krytycznego oszacowanego za pomocą MES.

EN

The paper investigates lateral buckling of simply supported unrestrained symmetric I-shape beams with free warping. The lateral buckling problems were formulated as distribution stability differential equations, in terms of torsion angle, bending moment My and load position parameter. The stability equations were solved approximately using the Bubnow-Galerkin orthogonalization method. In case of simply supported beams with free warping sinusoidal mode is assumed for the torsion angle [7, 8]. The example of the proposed approximate formulas gives an estimation of lateral buckling moment with the accuracy good enough for design purposes.