The study presents the means of increasing resistance of girders with corrugated web by enhancing their shear resistance due to the application of diagonal braces subjected to advantageous tension. Diagonal braces were used in the near-support zones, which increased the shear resistance of the girder. Then, the web carries a greater shear load associated with bending. Experimental investigations on increased shear resistance of girder webs were performed using girders with webs having a height of 500, 1000 and 1500 mm. The shear force divided into the corrugated web and diagonal braces were estimated. Shear load-displacements paths for a corrugated web and diagonal braces were determined. The results of investigations into the resistance of girders reinforced with tension diagonal braces were compared with those for girders without reinforcement and with computations in accordance with Eurocode 3. The paper is the first part of the study. Conclusions were drawn and dimensioning recommendations (part two of the study) for corrugated web girders reinforced with tension diagonal braces were produced. The next part of the study will show the application of FEM numerical analysis to theoretical estimation of the ultimate and critical shear and flexural resistance of corrugated web girders reinforced with tension diagonal braces.
PL
W pracy pokazano sposób zwiększenia nośności dźwigarów o falistym środniku w drodze zwiększenia ich postaciowej nośności poprzez zastosowanie korzystnie rozciąganych krzyżulców. Zastosowano krzyżulce w strefach przypodporowych zwiększające postaciową nośność dźwigara. Środnik przenosi wówczas większe obciążenie poprzeczne stowarzyszone ze zginaniem. Badania doświadczalne zwiększonej nośności postaciowej środnika dźwigarów przeprowadzono na dźwigarach o wysokości środnika 500, 1000 i 1500 mm. Oszacowano rozdział siły poprzecznej na falisty środnik oraz krzyżulce. Wyznaczono ścieżki postaciowej równowagi statycznej falistego środnika oraz krzyżulców. Wyniki badań nośności dźwigarów wzmocnionych krzyżulcami rozciąganymi porównano z badaniami dźwigarów bez wzmocnienia i z wynikami obliczeń wg Eurokodu 3. Artykuł stanowi pierwszą część opracowania. Sformułowano wnioski i zalecenia (w drugiej części opracowania) do wymiarowania dźwigarów o falistych środnikach, wzmocnionych krzyżulcami rozciąganymi. W drugiej części zostanie pokazane zastosowanie analizy numerycznej MES do teoretycznego oszacowania postaciowej i giętnej nośności granicznej oraz krytycznej dźwigarów o falistym środniku wzmocnionych krzyżulcami rozciąganymi.
Thin-walled bars currently applied in metal construction engineering belong to a group of members, the cross-section resistance of which is affected by the phenomena of local or distortional stability loss. This results from the fact that the cross-section of such a bar consists of slender-plate elements. The study presents the method of calculating the resistance of the cross-section susceptible to local buckling which is based on the loss of stability of the weakest plate (wall). The "Critical Plate" (CP) was identified by comparing critical stress in cross-section component plates under a given stress condition. Then, the CP showing the lowest critical stress was modelled, depending on boundary conditions, as an internal or cantilever element elastically restrained in the restraining plate (RP). Longitudinal stress distribution was accounted for by means of a constant, linear or non-linear (acc. the second degree parabola) function. For the critical buckling stress, as calculated above, the local critical resistance of the cross-section was determined, which sets a limit on the validity of the Vlasov theory. In order to determine the design ultimate resistance of the cross-section, the effective width theory was applied, while taking into consideration the assumptions specified in the study. The application of the Critical Plate Method (CPM) was presented in the examples. Analytical calculation results were compared with selected experimental findings. lt was demonstrated that taking into consideration the CP elastic restraint and longitudinal stress variation results in a more accurate representation of thin-walled element behaviour in the engineering computational model.
PL
Stosowane obecnie w budownictwie metalowym pręty cienkościenne należą do grupy elementów, których nośność przekroju jest warunkowana zjawiskami lokalnej lub dystorsyjnej utraty stateczności. Przekrój poprzeczny klasy 4. jest na ogół złożony ze smukło – płytowych ścianek, które w analizie można modelować wprost jako płyty. W aktualnie obowiązującej normie europejskiej EC3, zjawiska wyboczenia lokalnego i wyboczenia dystorsyjnego, pomimo różnic w długościach wyboczeniowych, uwzględnia się poprzez redukcję nośności przekroju. Stosuje się tutaj metodę szerokości efektywnej (dla wyboczenia lokalnego) oraz grubości zredukowanej (dla wyboczenia dystorsyjnego). Po uwzględnieniu obu zjawisk, otrzymujemy przekrój efektywny służący do obliczania odpowiednich charakterystyk geometrycznych (np. Aeff, Weff). Natomiast ogólną utratę stateczności pręta uwzględnia się za pomocą współczynnika redukcyjnego obliczanego na podstawie smukłości względnej ogólnej utraty stateczności. W związku z tym, poprawne wyznaczenie naprężeń krytycznych wyboczenia lokalnego (w zakresie sprężystym) nabiera szczególnego znaczenia. Stanowi bowiem podstawę do wyznaczenia: 1) szerokości efektywnych poszczególnych płyt (ścianek), 2) naprężeń krytycznych wyboczenia dystorsyjnego (zastępczy przekrój poprzeczny usztywnienia składa się z odpowiednich szerokości efektywnych), oraz 3) ogólnej smukłości względnej elementu. W normach EC3 dotyczących projektowania elementów cienkościennych (o przekroju klasy 4.) przyjęto koncepcję separacji płyt składowych przekroju przy założeniu ich swobodnego podparcia na podłużnych krawędziach łączenia. Ponadto pominięto, często występujący w praktyce, efekt wzdłużnej zmienności naprężeń. Takie założenia upraszczające odbiegają od rzeczywistego zachowania się elementu cienkościennego pod obciążeniem. Liczne badania doświadczalne oraz symulacje numeryczne (np. MES) wykazują, że w rzeczywistych przekrojach cienkościennych występuje wzajemne sprężyste zamocowanie ścianek składowych. Ponadto, w wielu technicznie ważnych przypadkach, występuje wzdłużna zmienność naprężeń. W pracy przedstawiono metodę obliczeń nośności przekroju cienkościennego wrażliwego na wyboczenie lokalne na podstawie utraty stateczności najsłabszej płyty (ścianki). Punktem wyjścia jest założenie, że w przekroju cienkościennym można wyróżnić ściankę „najsłabszą”, która jest sprężyście zamocowana w sąsiedniej ściance usztywniającej (RP). „Płytą krytyczną” (CP) nazwano tę ściankę kształtownika cienkościennego, która w danym stanie naprężenia charakteryzuje się najniższymi naprężeniami krytycznymi. Założono, że połączenie płyty krytycznej z płytą podpierającą jest sztywne, tzn. na podłużnej krawędzi ich łączenia zachowane są warunki ciągłości przemieszczeń (kątów obrotu) i sił (momentów zginających). Dalej ściankę krytyczną modelowano, w zależności od warunków brzegowych, jako sprężyście zamocowaną przeciw obrotowi płytę przęsłową lub wspornikową. Oznacza to, że naprężenia krytyczne dla płyty krytycznej są wyższe niż przy normowym założeniu jej swobodnego podparcia. Stopień sprężystego zamocowania opisano za pomocą wskaźnika utwierdzenia κ, zmieniającego się od 0 dla swobodnego podparcia, do 1 dla pełnego utwierdzenia. Wskaźnik ten oszacowano w oparciu o założoną postać wymuszonego odkształcenia płyty usztywniającej, przy uwzględnieniu wpływu naprężeń ściskających w jej płaszczyźnie. Współczynniki wyboczeniowe (k) dla tak sprężyście zamocowanych i zmiennie obciążonych na długości płyt krytycznych zamieszczono w cyklu artykułów autora [31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42]. W pracach tych uwzględniono wzdłużny rozkład naprężeń wg funkcji stałej, liniowej lub nieliniowej (wg paraboli 2. stopnia). Dla tak obliczonych naprężeń krytycznych wyznaczono „lokalną” nośność krytyczną przekroju, która ogranicza zakres ważności teorii prętów cienkościennych Własowa (o nieodkształcalnym konturze przekroju). Przekroje, w których (dla określonych proporcji geometrycznych) ścianki ściskane ulegają jednoczesnej utracie stateczności (pod danym rozkładem naprężeń), nazwano przekrojami „zerowymi”. W ich przypadku nie występuje wzajemne sprężyste zamocowanie płyt sąsiednich i spełnione jest normowe założenie separacji przegubowo podpartych płyt składowych przekroju pręta.
Steel moment frame systems, steel plate shear walls and also buckling restrained brace (BRB) are considered as the most widely used seismic resistant systems of the world. Firstly, in this research, in order to validate the finite element models, the tested sample of steel plate shear walls of 4 floors at the University of Alberta, Canada, and the tested sample of buckling restrained brace at the University of Berkeley California, with the software ABAQUS 6.10-1 were used. Then, the obtained results of the test and analysis have been compared. The confirmed models have been used for the analysis of two-dimensional frame of plain and perforated steel plate shear walls with a regular pattern of positing holes in the screen, buckling restrained brace and moment frame of 4 floors.
Przedstawiono algorytm wyznaczania temperatury krytycznej prostej ramy stalowej według klasycznej metodyki analizy nośności granicznej, uogólnionej na przypadek pożaru rozwiniętego. Zastosowano kinematyczny sposób oceny, a więc uzyskane rozwiązania stanowią jedynie górne oszacowanie wartości odnoszonych do odporności ogniowej rozważanej konstrukcji. Założono, że wszystkie obciążenia zewnętrzne są proporcjonalne do pewnego mnożnika lambda. Inny mnożnik beta, sprzężony z poprzednio wymienionym, jest wyspecyfikowany jako miara poszukiwanej wielkości.
EN
The estimation methodology of critical temperature for simple steel frame, basing on the classical algorithm of plastic structural analysis generalised to the case of fully developed fire, is presented and widely discussed. The kinematic approach is adopted for the calculations therefore obtained solution can be treated only as the upper bound of real temperature related to the fire resistance of considered frame. All external loads applied to the structure are proportional to the one multiplier lambda. Another multiplier beta, coupled with the previously mentioned one, is specified as a measure of searched quantity.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.