Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Praktyczne aspekty wymiarowania ściskanych pasów dźwigarów kratowych sztywno połączonych ze słupami wg PN-EN 1993-1-1 na przykładzie hali dwunawowej

Drzazga Marek

Przegląd Budowlany

|

2024

|

R. 95, nr 3

44--49

PL

Norma PN-EN 1993-1-1 daje możliwość sprawdzania nośności granicznej (ULS) stalowych elementów ściskanych na kilka sposobów. W artykule przedstawiono praktyczne podejścia do wymiarowania ściskanych pasów kratownic z uwzględnieniem stateczności z płaszczyzny układu. Przeanalizowano rzeczywistą kratownicę dachową konstrukcji stalowej w hali dwunawowej, z pośrednimi stężeniami sztywnymi. Wykonano analizę porównawczą metod klasycznych i bardziej zaawansowanych z uwzględnieniem ograniczeń danych metod oraz oceną ich pracochłonności i korzyści przy projektowaniu ściskanych pasów kratownic sztywno połączonych ze słupami. Opisane zaawansowane metody obliczeń pozwalają uwzględnić różne realne konfiguracje wstępnie zdeformowanej konstrukcji, prowadząc do optymalnego projektowania konstrukcji obiektów halowych lub umożliwiają szukanie zapasów nośności konstrukcji przy zmianie wielkości lub układu obciążeń.

EN

The PN-EN 1993-1-1 standard provides possibility to check ultimate limit states (ULS) of compressed steel elements in several ways. This paper describes practical approaches to design compressed truss chords taking into account out-of-plane stability. The real roof truss of a steel structure in the two-aisle hall with intermediate rigid braces was analyzed. A comparative analysis of classic and more advanced method was performed taking into account the limitations of the given methods and the assessment of their labor consumption and benefits when designing compressed truss chords rigidly connected to columns. The advanced calculation methods make it possible to take into account various real configurations of a pre-deformed structure, leading to optimal design of hall structures or enabling the search for reserves of the structure’s load-bearing capacity when changing the value or arrangement of loads.

2

Calculation of second-order effects in columns - applications and examples

Pędziwiatr Janusz, Musiał Michał

Archives of Civil Engineering

|

2023

|

Vol. 69, nr 1

271--286

EN

Standard PN-EN 1992-1-1 for designing reinforced concrete structures gives a major priority to the issues relating to second-order effects, but presents in detail only two approximate calculation methods: the nominal stiffness method and the nominal curvature method. As regards the general method, only certain requirements and suggestions are provided. In typical situations, when the appropriate assumptions are satisfied, the approximate methods yield satisfactory results. However, in engineering practice one can come across several cases (e.g. very tall columns, columns with a cantilever for a gantry girder, and floor joists) in which the approximate methods will prove unreliable. This paper presents and discusses a procedural algorithm for analysing second-order effects using the general method. The algorithm is employed to perform exemplary calculations and their results are compared with the results yielded by the approximate methods commonly used by engineers. Moreover, areas in which the approximate methods can be unreliable are indicated. The analyses have confirmed the significant advantage of the general method over the approximate methods. Therefore it is worth popularizing this method, the more so that its calculation procedures can be to a large extent automated and dedicated computer programs can be developed.

PL

W aktualnej normie do projektowania konstrukcji żelbetowych PN-EN 1992-1-1 problemom związanym z efektami drugiego rzędu nadano znaczącą rangę, ale ograniczono się do szczegółowego omówienia jedynie dwóch przybliżonych metod obliczeniowych - nominalnej sztywności i nominalnej krzywizny. W odniesieniu do metody ogólnej przedstawiono jedynie pewne wymagania i sugestie. W typowych sytuacjach, gdy spełnione są odpowiednie założenia, metody przybliżone dają zadawalające rezultaty. W praktyce inżynierskiej można jednak napotkać szereg przypadków, w których metody przybliżone będą zawodne - np. bardzo wysokie słupy i słupy ze wspornikami pod belki podsuwnicowe lub belki stropowe. W artykule przedstawiono i omówiono algorytm postępowania dla analizy problemu metodą ogólną. Według tego algorytmu wykonano przykładowe obliczenia a ich rezultaty porównano z rezultatami uzyskanymi z wykorzystaniem powszechnie stosowanych przez inżynierów metod przybliżonych. Wskazano ponadto obszary, w których metody przybliżone mogą zawodzić. Przeprowadzone analizy potwierdziły istotną przewagę metody ogólnej nad przybliżonymi. Warto ją propagować, tym bardziej że można jej procedury obliczeniowe zautomatyzować i opracować programy komputerowe.

3

Stability of the thin-walled angle column made of bio-laminate versus glass-laminate under axial compression – numerical study

Gawryluk Jarosław

Archive of Mechanical Engineering

|

2023

|

LXX, nr 1

43--61

EN

The aim of this study was to determine how the change of glass laminate fibres to flax fibres will affect the stability of thin-walled angle columns. Numerical analyses were conducted by the finite element method. Short L-shaped columns with different configurations of reinforcing fibres and geometric parameters were tested. The axially compressed structures were simply supported on both ends. The lowest two bifurcation loads and their corresponding eigenmodes were determined. Several configurations of unidirectional fibre arrangement were tested. Moreover, the influence of a flange width change by ±100% and a column length change by ±33% on the bifurcation load of the compressed structure was determined. It was found that glass laminate could be successfully replaced with a bio-laminate with flax fibres. Similar results were obtained for both materials. For the same configuration of fibre arrangement, the flax laminate showed a lower sensitivity to the change in flange width than the glass material. However, the flax laminate column showed a greater sensitivity to changes in length than the glass laminate one. In a follow-up study, selected configurations will be tested experimentally.

4

Analysis of the airframe repair node

Rośkowicz Marek, Barca Iga

Technologia i Automatyzacja Montażu

|

2022

|

nr 3

42--48

EN

Polymer composite materials can be used both for the production of semi-monocoque structures and for the repair of aircraft airframes. Of all the elements of the semi-monocoque structure, the airframe skin is most often damaged during operation. The fragments of the skin between the frame elements of the semi-monocoque structure are considered as a thin-walled plate. The paper presents an analysis of the repair node of a metal plate subjected to uniform shear. The model of the repaired plate made in the Ansys Workbench environment was used for the analysis. The boundary conditions were defined by means of an articulated frame using the possibilities of the computing environment in the scope of, defining elements among others. The model was initially verified experimentally, assuming that it can be used to carry out a comparative analysis of two methods of repairing a damaged plate, using CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) and GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) materials. Analyzing the obtained results, it was found that the repair does not restore the original strength of the damaged structure, however, it reduces the stress of the plate material around the opening by 10%.

PL

Polimerowe materiały kompozytowe mogą być wykorzystywane zarówno do wytwarzania elementów konstrukcji półskorupowych jak i do napraw już eksploatowanych metalowych płatowców statków powietrznych. Spośród wszystkich elementów konstrukcji półskorupowej, pokrycie płatowca ulega najczęściej uszkodzeniom eksploatacyjnym. Fragmenty pokrycia pomiędzy elementami szkieletu konstrukcji półskorupowej rozpatruje się jako płytę cienkościenną. W pracy przeprowadzono analizę węzła naprawczego metalowej płyty poddanej równomiernemu ścinaniu. Do analizy wykorzystano model naprawianej płyty wykonanej w środowisku Ansys Workbench. Warunki brzegowe zdefiniowano za pomocą przegubowej ramki wykorzystując możliwości środowiska obliczeniowego w zakresie m.in. definiowania kontaktów. Model wstępnie zweryfikowano eksperymentalnie, przyjmując założenie, że może być wykorzystywany do przeprowadzenia analizy porównawczej dwóch metod naprawy uszkodzonej płyty, z wykorzystaniem materiałów CFRP (Carbon Fibre Reinforced Plastic) oraz GFRP (Glass Fibre Reinforced Plastic). Analizując otrzymane wyniki stwierdzono, że naprawa nie przywraca pierwotnej wytrzymałości uszkodzonej struktury, jednakże zmniejsza wytężenie materiału płyty wokół otworu o 10%.

5

Overall buckling performance of high strength steel welded I-sections under combined axial compression and bending

Huang Bin, Zhang Wen-Fu

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 3

369--384

EN

This paper presents a numerical investigation into the high strength steel (HSS) welded I-section overall buckling performance with respect to the major axis under combined axial compression and bending. The validation of FE models compared with the existing test data to verify the appropriateness of the element division and boundary condition was firstly conducted. In line with the FE arrangement verified, separate 890 numerical models, covering a broader range of eight steel grades (460 MPa, 500 MPa, 550 MPa, 620 MPa, 690 MPa, 800 MPa, 890 MPa and 960 MPa), different overall slenderness and various eccentricities were designated. Subsequently, the comparison of the resistance prediction codified design rules in EN 1993-1-1, ANSI/AISC 360-10 and GB50017-2017 was preferentially operated, by the instrumentality of the normalized axial compression-bending moment curves. The results graphically revealed that, the provision given in ANSI/AISC 360-10 concerned in the present work was the most loose, whereas, the corresponding content set out in EN 1993-1-1 and GB50017-2017 was relatively on the safe side. Taking account of the FE results, the conservative shortcomings of the considered rules in EN 1993-1-1 and GB50017-2017 were further highlighted. Especially, the disparity of EN 1993-1-1 and numerical results was higher to 27%, from the perspective of a definition given in the present work. In contrast, the provision in ANSI/AISC 360-10 yielded a relatively accurate prediction, on average. Based on the numerical program, an alternative formula for the HSS welded I-section beam-columns with a general expression form was sought, which intimately reflected the effect of overall slenderness.

6

Numerical analysis on axial capacity of steel built-up battened columns

Pieczka Paweł, Iwicki Piotr

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 2

665--677

EN

This paper deals with the numerical analysis aimed at study the bearing capacity of pinended steel built-up columns under axial compression. Finite element (FE) models were performed for the columns presented in the literature. The main problem discussed in the article is the shape and magnitude of geometric imperfections introduced into the numerical FE model, necessary to obtain the load capacity consistent with the experimental strength tests. Three types of numerical analysis that can be used in Abaqus program to calculate the load bearing capacity have been described. The imperfections possible to introduce for built-up columns were presented and an equivalent imperfection corresponding to both imperfections recommended by Eurocode 3 (global of the entire column and local of the chord) for built-up members was proposed. The results of the geometrically and materially nonlinear static analysis were compared with the calculations according to the code procedures (Eurocode 3 and PN-B-03200:1990) and the results of experimental tests.

PL

Artykuł dotyczy analiz numerycznych mających na celu zbadanie nośności stalowych słupów złożonych z przewiązkami poddanych ściskaniu osiowemu. Dla słupów znanych z literatury wykonano modele numeryczne w programie Abaqus. Przedstawiono sposób modelowania połączenia między przewiązką a gałęzią słupa (zakładając, że ze względu na sprężenie śruby połączenie jest sztywne). Głównym problemem poruszanym w artykule są wprowadzone do modelu imperfekcje geometryczne, niezbędne do uzyskania nośności zgodnej z badaniami wytrzymałościowymi. Opisano trzy rodzaje analiz numerycznych możliwych do wykorzystania w programie Abaqus do obliczenia nośności słupa, a następnie przedstawiono najkorzystniejszą z nich (ze względu na szybkość wykonywania obliczeń). Zaprezentowane zostały imperfekcje możliwe do wprowadzenia do modeli słupów złożonych oraz zaproponowano zastępczą łukową imperfekcję odpowiadającą obu imperfekcjom zalecanym przez Eurokod 3 dla słupów złożonych (globalna całego słupa oraz lokalna gałęzi). Obliczone zostały nośności dla dziewięciu typów słupów zgodnie z procedurami normowymi dla słupów złożonych (Eurokod 3 i PN-B-03200:1990), metoda zaproponowana w artykule [16] (obliczenie nośności na wyboczenie dla całego słupa zgodnie z procedurą EC3 dla elementów jednorodnych) oraz za pomocą geometrycznie i materiałowo nieliniowych analiz statycznych. Otrzymane wyniki porównano z wynikami z testów wytrzymałościowych znanych z literatury. Podjęto próbę określenia imperfekcji koniecznych do wprowadzenia do modeli numerycznych w celu uzyskania nośności zbliżonych do tych uzyskanych z badań wytrzymałościowych.

7

Compression behaviour of BFRP bars

Urbański Marek, Protchenko Kostiantyn

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 3

257--271

EN

The durability of building structures reinforced by steel is one of the main concerns in civil engineering. Currently, research in the field is focused on the possibility of replacing steel with relatively corrosion-resistant reinforcement, such as BFRP (Basalt Fiber Reinforced Polymers) bars. The behaviour of BFRP bars during compression has not yet been determined. The experimental results pertaining to BFRP bars subjected to compression were presented and discussed in the paper. The research program involved the preparation of 45 BFRP samples with varying unbraced length and nominal diameter of 8 mm that were subjected to compression. For samples with the unbraced length of up to 85 mm, the destruction was caused by crushing. The bars with the unbraced length greater than 120 mm were destroyed as a result of global buckling of the bar and subsequent fiber kinking. Based on the relationship between the buckling load strength - unbraced length, the optimal unbraced length of BFRP bar was determined, for which buckling load strength reaches its maximum value. The buckling load strength decreased, as the unbraced length increased. The values of modulus of elasticity under compression for variable unbraced lengths were slightly different for the samples, and were similar to the modulus of elasticity obtained at the tensile testing. The relationship between the buckling load strength and the unbraced length of BFRP bars was determined. This may contribute to the optimization of the transverse reinforcement spacing in compressed elements and to the development of standard provisions in the area of elements reinforced with FRP bars being subjected to compression.

PL

Obecnie niezwykle dynamicznie rozwija się zastosowanie materiałów kompozytowych o wysokich parametrach użytkowych takich jak pręty BFRP (Basalt Fiber Reinforced Polymers) jako zamiennika tradycyjnego zbrojenia stalowego w budownictwie. W artykule przedstawiono ocenę wytrzymałości na obciążenie wyboczeniowe prętów BFRP, co umożliwia ich wykorzystanie, jako zbrojenia w betonowych elementach ściskanych (słupy) oraz w strefie ściskanej elementów zginanych (np. belki i płyty). W porównaniu ze zbrojeniem stalowym, pręty BFRP mają kilka istotnych zalet. Są to między innymi mały ciężar, wysoka wytrzymałość na rozciąganie, odporność na korozję, przezroczystość na pola magnetyczne. Natomiast w porównaniu do najbardziej rozpowszechnionych prętów GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymers) wykazują zdecydowanie większą odporność na alkalia i kwasy. Włókna bazaltowe nie reagują toksycznie z powietrzem, wodą ani innymi chemikaliami, które mogą być niebezpieczne dla ludzi lub mogą zanieczyścić środowisko. Ponadto włókna bazaltowe nie są rakotwórcze. W trakcie recyklingu włókna przekształcają się w czarny proszek, który można łatwo usunąć z komory spalania i można go wykorzystać jako wypełniacz do różnych zastosowań. Przeprowadzono jakościową i półilościową analizę składu pierwiastkowego przy użyciu spektrometru dyspersji energii wtórnego promieniowania X (EDS) które dostarczyły istotne informacje dotyczące składu prętów BFRP. We włóknach bazaltowych stwierdzono, obecność dominujących związków SiO2 i Al2O3, które występują także we włóknach szklanych. Ponadto odnotowano obecność związków żelaza Fe2O3 i FeO mających wpływ na fizyko-mechaniczne właściwości włókien bazaltowych, takich jak gęstość (2,73 g/cm3 dla włókien bazaltowych, w porównaniu do 2,54 g/cm3 dla włókien szklanych typu E), kolor (od brązowego do matowo zielonego, w zależności od zawartości FeO), a także mniejsze przewodnictwo cieplne i lepsza stabilność temperaturowa w porównaniu z włóknami szklanymi. Ustalono w badaniu metodą BSE konfigurację oraz niewielki rozrzut w średnicach włókien bazaltowych wchodzących w skład pręta BFRP. Zachowanie prętów BFRP podczas ściskania dotychczas nie zostało określone. W programie badawczym zbadano 45 próbek BFRP o nominalnej średnicy 8 mm ze względu na ściskanie o zróżnicowanej długości niezakotwionej. Dla próbek o długości niezakotwionej do 85 mm zniszczenie następowało przez zgniatanie. Pręty o długości niezakotwionej większej od 120 mm ulegały zniszczeniu w wyniku globalnego wyboczenia pręta a następnie pękania włókien. Na podstawie zależności wytrzymałość na obciążenie wyboczeniowe - niezakotwiona długość pręta ustalono optymalną długość niezakotwioną pręta BFRP, dla której wytrzymałość na obciążenie wyboczeniowe osiąga największą wartość. Wraz ze wzrostem długości niezakotwionej wytrzymałość na obciążenie wyboczeniowe ulegała zmniejszeniu. Moduł sprężystości przy ściskaniu dla zmiennych długości niezakotwionych próbek nieznacznie się różnił, a jego wartość zbliżona była do modułu sprężystości przy rozciąganiu. Określono zależność między wytrzymałością na obciążenie wyboczeniowe a długością niezakotwioną prętów BFRP, co przyczyni się do optymalizacji rozstawu zbrojenia poprzecznego w elementach ściskanych oraz do opracowania przepisów normowych w obszarze elementów ze zbrojeniem ściskanym.

8

Buckling of bipolarly prestressed closely-spaced built-up member

Siedlecka Monika

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 3

23--35

EN

The study analysed a bisymmetric closely-spaced built-up member, pin-supported at both ends. It was bipolarly pre-stressed with a displacement (BPCSBM), and loaded with an axial compressive force. Maximum internal gap between the chords was assumed in the section, in which during the stability failure in a classic closely-spaced member, the largest lateral displacements between nodes would potentially occur. As regards the BPCSBM chosen for analysis, the issues of the buckling resistance in the presence of compressive axial load were solved using the energy method, in which the functional minimisation was performed in accordance with the Rayleigh-Ritz algorithm. The problem of BPCSBM stability was also solved using FEM. A spatial shell model was developed. The stability analysis was performed. The analysis resulted in obtaining the buckling load and the member buckling modes. A general conclusion was formulated based on the results obtained: bipolar pre-stressing leads to an increase in buckling resistance of closely-spaced members.

PL

W pracy analizowano obustronnie przegubowo podparty bisymetryczny pręt bliskogałęziowy bipolarnie sprężony przemieszczeniami obciążony osiową siłą ściskającą. Bipolarne sprężenie polega na wprowadzeniu trwałego, symetrycznego, kontrolowanego przemieszczenia gałęzi ściskanego pręta bliskogałęziowego względem siebie. Maksymalne rozchylenie gałęzi w świetle przewidziano w przekroju, w którym przy utracie stateczności klasycznego pręta bliskogałęziowego potencjalnie wystąpiłyby największe przemieszczenia miedzy węzłami. Bipolarnie sprężony pręt bliskogałęziowy (PBSB) jest zatem prętem bliskogałęziowym o prostej osi i gałęziach zakrzywionych w strefie sprężenia (L2), powstałym w wyniku wprowadzenia samozrównoważonego układu naprężeń wstępnych w elemencie. Dla wytypowanego do analiz PBSB zagadnienie nośności krytycznej pod ściskającym obciążeniem osiowym rozwiązano przy zastosowaniu metody energetycznej z minimalizacją funkcjonału według Rayleigha-Ritza. Przy budowie funkcjonału energii potencjalnej ustroju sztywność postaciowa PBSB w strefie sprężenia została opisana wzorem na sztywność postaciową dwuzbieżnych liniowo prętów dwugałęziowych, zmodyfikowanym o amplifikacje przemieszczeń i wskaźnik imperfekcji wstępnie wygiętego pręta ściskanego. Zaproponowano przyjęcie funkcji 𝑦(𝑥) aproksymującej linię ugięcia w postaci szeregu spełniającego warunki brzegowe rozpatrywanego pręta.

9

Verification of the cylindrical tank shell stability using the stress design and the MNA-LBA procedure

Słowiński Kamil, Piekarczyk Marek, Król Mateusz

Technical Transactions

|

2021

|

Vol. 118, iss. 1

art. no. e2021021

EN

The article presents the course and results of the procedure for verifying the stability of the cylindrical shell of an oil tank with a floating roof, under wind load. Two dimensioning methods recommended by standard PN-EN 1993-1-6 were used, i.e. dimensioning based on the stress state and the MNA-LBA procedure. The method of determining the critical buckling resistance ratio from the linear bifurcation analysis (LBA) and the plastic reference resistance ratio from the physically nonlinear analysis (MNA) has been presented. Comparison of the results obtained with the use of the indicated design methods revealed significant discrepancies in the stress intensity levels of the analysed shell. When using the stress-based dimensioning method, it was shown that the buckling strength was exceeded by 33%, while the results of the MNA-LBA procedure indicated a 33% reserve of the capacity of the analysed system.

PL

W artykule przedstawiono przebieg i rezultaty procedury weryfikacji stateczności płaszcza zbiornika cylindrycznego na ropę naftową, z dachem pływającym, obciążonego wiatrem. Wykorzystano dwie z rekomendowanych przez normę PN-EN 1993-1-6 metod wymiarowania, tj. wymiarowanie na podstawie stanu naprężenia oraz procedurę MNA-LBA. Przedstawiono sposób wyznaczania wskaźnika nośności krytycznej z liniowej analizy bifurkacyjnej (LBA) oraz wskaźnika nośności plastycznej z analizy fizycznie nieliniowej (MNA). Porównanie ze sobą wyników otrzymanych przy zastosowaniu wskazanych metod projektowania ujawniło znaczące rozbieżności w poziomach wytężenia analizowanej powłoki. Przy zastosowaniu metody wymiarowania na podstawie stanu naprężenia wykazano przekroczenie nośności powłoki o 33%, natomiast rezultaty procedury MNA-LBA wskazały na 33% rezerwy nośności analizowanego układu.

10

Designing of Steel CHS Columns Showing Maximum Compression Resistance

Marcinowski Jakub, Sadowski Mirosław

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2021

|

Vol. 31, no. 1

79--92

EN

The paper deals with a shape optimisation procedure of steel, compressed bars. Circular hollow sections (CHS) of variable cross sections and variable wall thickness are taken into account. The proposed procedure for designing of steel rods exhibiting maximum compression resistance is effective and possible to use in engineering practice. The advantage of the proposed shape of the bar is that it allows to increase the value of its load carrying capacity, i.e. it ensures the transfer of a higher value of compressive force than similar, solid struts of the same mass and length. The extent of the increase in the load capacity relative to the load capacity of the reference solid, cylindrical bar depends on the slenderness of the reference bar and ranges from 60% to 170%. Due to this very beneficial fact, it can be used wherever it is required to maintain a certain stiffness and an increased value of compressive force is desired, as well as in constructions where it is necessary to reduce weight while maintaining the adopted mechanical parameters, e.g. values of load bearing capacity. Final results achieved in the research were presented in the form of the flow chart allowing to design the compressed columns of optimum shape.

11

Stability and vibrations of micro-nonhomogeneous plate band resting on elastic subsoil

Chalecki Marek, Jemielita Grzegorz

Archives of Civil Engineering

|

2021

|

Vol. 67, nr 1

403--424

EN

The paper presents a procedure of calculation of natural frequencies and critical buckling forces of a micro-nonhomogeneous plate band resting on nonhomogeneous elastic subsoil and having any given boundary conditions. The band consists of N parts - cells - called elements, having a constant width l = L/N. Each band element consists of three parts - subelements with variable widths. The two of these subelements are matrix, the third - inclusion placed symmetrically relative to the matrix. Each band element is built of two isotropic materials. The matrix and inclusion bands have the stiffness and mass per area unit as well as they rest on the subsoil. The model has been derived with use of the classical displacement method. The stiffness matrix of any band element and then the band stiffness matrix have been built. An appropriate computer program has been written to calculate natural frequencies and critical buckling forces. A number of tests have been performed to check the working of the program and several calculative examples has been presented in the paper.

PL

W pracy przedstawiono sposób obliczania częstości drgań własnych i wyznaczania wartości sił krytycznych mikroniejednorodnego pasma płytowego o dowolnych warunkach brzegowych, spoczywającego na niejednorodnym podłożu sprężystym. Pasmo składa się z N części - komórek, zwanych elementami, o stałej szerokości l = L/N. Każdy element pasmowy składa się z trzech części - subelementów o zmiennych szerokościach. Dwie z nich są osnową, trzecia zaś wtrąceniem symetrycznie położonym względem osnowy. Każdy element pasmowy składa się z dwóch izotropowych materiałów. Pasma osnowy i wtrącenia mają pewne sztywności i masy na jednostkę powierzchni oraz spoczywają na podłożu o pewnej sztywności. Do wyznaczenia częstości drgań własnych i wartości krytycznych zastosowano metodę przemieszczeń. Zbudowano macierz sztywności dowolnego elementu pasmowego, a następnie macierz sztywności pasma. Ułożono odpowiedni program na wyznaczenie częstości drgań własnych i sił krytycznych ze względu na wyboczenie. Wykonano szereg testów sprawdzających działanie programu i podano szereg przykładów obliczeniowych.

12

Probabilistic seismic performance evaluation of composite frames with concrete-filled steel tube columns and buckling-restrained braces

Li Beibei, Wang Jingfeng, Yang Jian, Wang Yuanqing

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2021

|

Vol. 21, no. 2

541--562

EN

The concrete-filled steel tube (CFT) composite frames using blind bolts and buckling-restrained braces (BRBs) have been studied with the development of building industrialization and energy dissipation technology. However, there has been no research so far on the probabilistic seismic fragility analysis for the blind-bolted end-plate CFT composite frames with BRBs (BRB-BECFT). Therefore, a total of 6-, 9-, 12- and 20-story BRB-BECFT prototype structures were designed based on the performance-based plastic design method. The results obtained from nonlinear static and dynamic analyses indicated that the four structures achieved predefined performance objectives in terms of story drift, joint rotation, and BRB ductility demand. Subsequently, fragility curves including non-collapse and collapse states were established to evaluate the behavior of the structure for a given intensity measure using the incremental dynamic analysis approach. Meanwhile, the geometric mean of spectral acceleration over a period range (Sa,avg) was selected as the intensity measure to assess the structural collapse capacity. Results showed that the adoption of Sa,avg can result in 32–42% lower data dispersion for the determination of collapse point, and simplification of the process of calculation of the collapse margin ratio of a structure. Furthermore, based on the combination of Sa,avg, residual story drift and BRB core plate strain, a framework of probabilistic seismic damage analysis of structures for combined damage evaluation at three levels of the system, subsystem, and component was summarized and conducted by the 6- and 12-story case study. This is practically useful to assess structural damage state after an earthquake because it could present more information on the probability distribution of various damage scenarios.

13

Experimental study on seismic performance of ultrahigh-strength steel frames with buckling-restrained braces

Pei Sheng, Zhang Zhe, Deng En-Feng, Wang Yan-Bo

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2021

|

Vol. 21, no. 4

493--506

EN

The application of high-strength steel (HSS) is a significant trend in the development of steel structures. Two main challenges for HSS structures in seismic design (i.e., low energy dissipation capacity and low lateral stiffness) need to be addressed before HSS structures can be widely constructed in practice. To solve those problems, the seismic performance of structures combined of HSS frames and concentric buckling-restrained braces (BRBs) was investigated in this study. Two half-scale experimental specimens with different stiffness ratios between BRB and HSS frame were fabricated and tested under constant vertical load and cyclic increasing horizontal load. The hysteretic response, horizontal bearing capacity, internal force distribution, energy dissipation capacity, and ductility of the dual system were analyzed. The results showed that the specimens exhibited overall ductile performance with high elastic stiffness, significant ductility, and excellent energy dissipation capacity. The characteristics of both specimens in the pseudo-static test can be divided into three typical phases, which were described as overall elastic phase, BRB hardening phase, and failing phase. The BRB hardening phase was characterized by high energy dissipation capacity, and the plastic deformation was limited to the BRB, so the ductile demand of HSS member in HSSF-BRB was reduced. Moreover, the effect of stiffness ratio between BRB and HSS frame on seismic performance was discussed in this paper.

14

Development of new fully restrained bolted bracket moment connections for strong joints

Ghobadi Mohammad Soheil, Abar Bahram Mirzaie

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2021

|

Vol. 21, no. 4

159--188

EN

Recently, the Double Shear Bolted Brackets (DSBB) moment connection with four-bolt configuration has been introduced as a new fully restrained moment connection for use in shallow beam-column joints. With regards to deep beam connections, it is a requirement to have stiffer and stronger connections in the DSBB connection group. Knowing that similar code-qualified bolted bracket connections, Kaiser Bolted Bracket (KBB) connections, have marginal rotational stiffness, they cannot be considered as a fully restraint moment connection in deep beam-to-column joints. Therefore, in this discourse, six-bolt and eight-bolt configurations of DSBB are developed and their design methodology is outlined. Less thickness of bracket components, less diameter of bolts used, and greater stiffness compared to KBB code-qualified (AISC 358-16 standard) connections by the (KBB connection) are the main advantages of these new connections, making them a more applicable option of fully restrained connections for deep beam joints than their counterpart KBB connection. First, the DSBB design method is developed considering all possible limit states of buckling, yield, and rupture failures for the plate components of each bracket. Then, by using a validated high fidelity finite element study, the cyclic performance of DSBB connections is obtained and successfully accepted based on the AISC 341-16 standard requirements for fully restrained connections in special moment connections. The results indicated the low risk of failure and proper relaxed stress distribution around the connection compared to the corresponding KBB connection. In addition, the material consumption of DSBB six-bolt and eight-bolts were 19.7% and 6.9% in bolts and were 19.9% and 42.9% in brackets less than that of the corresponding KBB connections. Finally, it is concluded that DSBB six-bolt and eight-bolt configurations are efficient choices of fully restrained moment connections for application in deep beam-column joints.

15

Calculating extreme criteria of eigenvalue problems of a medical robot for soft tissue surgery using the multi-objective optimization

Ilewicz Grzegorz

Vibrations in Physical Systems

|

2020

|

Vol. 31, nr 3

art. no. 2020306

EN

Medical robots with an instant center of rotation mechanism in a trocar are used for operating a human body or servicing artificial organs. The result of the work is the development of a multi-criteria optimization model of a discussed medical robot, considering safety factor, first eigenfrequency and buckling coefficient as a criteria. The article also analyzes two issues of mechanics, the natural frequency and linear buckling. A discrete mesh model of a novel robot design with ten degrees of freedom and ended with a scalpel was developed based on finite element method. For the given loads and supports, a multi-criteria optimization model was evolved, which was solved by using the response surface method and the multi-objective genetic algorithm. The results section shows the Pareto fronts for the criteria and geometrical dimensions of the kinematic chain. The courses of resonant vibrations and buckling strains were also characterized. The solved optimization model gives correct values for the adopted criteria. The values of resonance were defined, which makes it possible to select mechatronic drive systems in terms of the input they generate. Variability of the resonant vibrations phenomena, as well as shapes and directions of buckling, provide information about the displacements taking place in the medical robot system.

16

Using the Erfi function in the problem of the shape optimization of the compressed rod

Marcinowski J., Sadowski M.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2020

|

Vol. 25, no. 2

75--87

EN

The shape of the optimal rod determined in the work meets the condition of mass conservation in relation to the reference rod. At the same time, this rod shows a significant increase in resistance to axial force. In the examples presented, this increase was 80% and 117%, respectively, for rods with slenderness of 125 and 175. A practical benefit from the use of compression rods of the proposed shapes is clearly visible. The example presented in this publication shows how great the utility in the structural mechanics can be, resulting from the applications of complex analysis (complex numbers). This approach to many problems can find its solutions, while they are lacking in the real numbers domains. What is more, although these are operations on complex numbers, these solutions have often their real representations, as the numerical example shows. There are too few applications of complex numbers in the technique and science, therefore it is obvious that the use of complex analysis should have an increasing range. One of the first people to use complex numbers was Girolamo Cardano. Cardano, using complex numbers, was solving cubic equations, unsolvable to his times – as the famous Franciscan and professor of mathematics Luca Pacioli put it in his paper Summa de arithmetica, geometria, proportioni et proportionalita (1494). It is worth mentioning that history has given Cardano priority in the use of complex numbers, but most probably they were discovered by another professor of mathematics – Scipione del Ferro (cf. [1]). We can see, that already then, they were definitely important (complex numbers).

17

Elastic buckling analysis of uniaxially compressed CCCC stiffened isotropic plates

Ibeabuchi V. T., Ibearugbulem O. M., Ezeah C., Ugwu O. O.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2020

|

Vol. 25, no. 4

84--95

EN

This paper reports a research study that investigated buckling of stiffened rectangular isotropic plates elastically restrained along all the edges (CCCC) under uniaxial in-plane load, using the work principle approach. The stiffeners were assumed to be rigidly connected to the plate. Analyses for critical buckling of stiffened plates were carried out by varying parameters, such as the number of stiffeners, stiffness properties and aspect ratios. The study involved a theoretical derivation of a peculiar shape function by applying the boundary conditions of the plate on Taylor Maclaurin’s displacement function and substituted on buckling equation derived to obtain buckling solutions. The present solutions were validated using a trigonometric function in the energy method from previous works. Coefficients, K, were compared for various numbers of stiffeners and the maximum percentage difference obtained within the range of aspect ratios of 1.0 to 2.0 is shown in Figs 2 - 7. A number of numerical examples were presented to demonstrate the accuracy and convergence of the current solutions.

18

Experimental study on seismic performance of double-level yielding buckling-restrained braced concrete frames

Zhang Zhe, Zhang Sheng-Nan, Deng En-Feng, Zhou Tong-Tong, Yi Yu, He Hao, Li Na-Na

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2020

|

Vol. 20, no. 2

191--206

EN

This paper focused on the seismic performance of buckling-restrained braced concrete frame. Two different systems including the single-level yielding buckling-restrained braced concrete frame (SYBRBCF) and the double-level yielding buckling-restrained braced concrete frame (DYBRBCF) were designed for comparison. Compared with the single-level yielding buckling-restrained braces which are similar to many existing types of buckling-restrained braces, the double-level yielding buckling-restrained braces (DYBRBs) have two different energy absorption mechanisms that are expected to provide energy dissipations under the frequent earthquakes and rare earthquakes. To comparatively investigate the seismic performances of the two systems, cyclic tests were performed on one DYBRBCF specimen and another SYBRBCF specimen. The seismic response including the hysteretic curves, backbone curves, ductility coefficients, equivalent damping ratios, strengths, and stiffness degradations of the two experimental specimens was compared and analyzed. The test results indicate that the properly designed SYBRBCF and DYBRBCF can both exhibit the full hysteretic curves, meet the strong-column–weak-beam design requirement, and achieve the expected seismic performance. However, it was found that the ductility coefficient and energy dissipation capacity of the DYBRBCF were 72.2% and 23.4% higher than those of the SYBRBCF. The present study also provided useful design recommendations, which were beneficial to promote the application of DYBRBs.

19

Numerical and experimental verification of impact response of laminated aluminum composite structure

Wang Jifeng, Morris Tyler P., Bihamta Reza, Pan Ye-Chen

Archive of Mechanical Engineering

|

2020

|

LXVII, nr 2

127-147

EN

Laminated Aluminum Composite Structure (LACS) has shown great potential for replacing traditional bulk aluminum parts, due to its ability to maintain low manufacturing costs and create complex geometries. In this study, a LACS, that consists of 20 aluminum layers joined by a structural tape adhesive, was fabricated and tested to understand its impact performance. Three impact tests were conducted: axial drop, normal and transverse three-point bending drop tests. Numerical simulations were performed to predict the peak loads and failure modes during impacts. Material models with failure properties were used to simulate the cohesive failure, interfacial failure, and aluminum fracture. Various failure modes were observed experimentally (large plastic deformation, axial buckling, local wrinkling, aluminum fracture and delamination) and captured by simulations. Cross-section size of the axial drop model was varied to understand the LACS buckling direction and force response. For threepoint bending drop simulations, the mechanism causing the maximum plastic strain at various locations in the aluminum and adhesive layers was discussed. This study presents an insight to understand the axial and flexural responses under dynamic loading, and the failure modes in LACS. The developed simulation methodology can be used to predict the performance of LACS with more complex geometries.

20

Przegląd wybranych typów wzmocnienia nawierzchni w łukach kołowych o małych promieniach w kontekście ich wpływu na minimalną temperaturę ekwiwalentną

Błaszkiewicz Dorota

Zeszyty Naukowo-Techniczne Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Komunikacji w Krakowie. Seria: Materiały Konferencyjne

|

2019

|

Nr 2(119)

7--12

PL

W artykule omówiono różne typy wzmocnień nawierzchni kolejowej w łukach o małych promieniach stosowane w celu wzmocnienia stateczności rusztu torowego. Elementy te są szczególnie istotne w aspekcie możliwości ich zastosowania w torze bezstykowym. Dodatkowe wzmocnienia, które w znaczy sposób zwiększają stateczność toru pozwalają jednocześnie na szersze zastosowanie toru bezstykowego.

EN

The article discusses different types of railway track reinforcements in sharp curves used to reinforce track stability. These elements are especially important in the aspect of their potential application in CWR. Additional reinforcements, which significantly increase track stability, at the same time allow for broader applications of CWR.