Kim, Jong Min;Kim, Seung Jun;Park, Jong Sup;Kang, Young Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.2
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pp.237-246
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2008
The cross-sections of continuous multi-span beams sometimes suddenly increase, or become stepped, at the interior supports of continuous beams to resist high negative moments. The three-dimensional finite-element program ABAQUS (2006) was used to analytically investigate the inelastic lateral-torsional buckling behavior of stepped beams subjected to pure bending moment and resulted in the development of design equations. The flanges of the smaller cross-section were fixed at 30.48 by 2.54 cm, whereas the width and/or thickness of the flanges of the larger cross-section varied. The web thickness and height of beam was kept at 1.65 cm and 88.9 cm, respectively. The ratios of the flange thickness, flange width, and stepped length of beams are considered analytical parameters. Two groups of 27 cases and 35 cases, respectively, were analyzed for double and single stepped beams. The combined effects of residual stresses and geometrical imperfection on inelastic lateral-torsional buckling of beams are considered. First, the distributions of residual stress of the cross-section is same as shown in Pi, etc (1995), and the initial geometric imperfection of the beam is set by central displacement equal to 0.1% of the unbraced length of beam. The new proposed equations definitely improve current design methods for the inelastic LTB problem and increase efficiency in building and bridge design. The proposed solutions can be easily used to develop new design equation for inelastic LTB resistance of stepped beams subjected to general loading condition such as a concentrated load, a series of concentrated loads or uniformly distributed load.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.7
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pp.3495-3501
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2013
The cross-sections of continuous multi-span beams are sometimes suddenly increased or stepped at the interior supports of continuous beams to resist high negative moments. This paper investigates inelastic lateral-torsional buckling of monosymmetric stepped I-beams subjected to pure bending. A three-dimensional finite-element program ABAQUS and a regression program were used to analytically develop new design equation. The flange thickness ratio, flange width ratio and stepped length ratio were considered as parameters of this study. The combined effects of residual stresses and geometric imperfection on inelastic lateral-torsional buckling of beams are considered. The proposed solution can be easily used to calculation for inelastic lateral torsional buckling strengths of monosymmetric beams with doubly stepped cross sections and to develop new design equations for inelastic lateral-torsional buckling resistances of stepped beams.
The objective of this study is to perform extensive parametric studies of the lateral-torsional buckling of short 1-beams under repeated loadings, and to gain a further insight into the lateral-torsional beam buckling problem. A one-dimensional geometrically (fully) nonlinear beam model is used, which includes superposed infinitesimal transverse warping deformation in addition to finite torsional warping deformation. A multiaxial cyclic plasticity model is also implemented to better represent cyclic metal plasticity in conjunction with a consistent return mapping algorithm. The general response for the lateral-torsional buckling of short I-beams under repeated loadings is examined through several parametric studies around the standard case : the material yield strength, the yield plateau, the strain hardening, the kinematic hardening, the residual stresses, the load eccentricity with respect to the shear center, the height of the load with respect to the cross-section of the beam, the location of the load along the length of the beam, the dimensions of the cross-section of the beam and the fixity of the supported end remote from the load.
This study investigated the inelastic lateral-torsional buckling of simply supported beams under a central concentrated load and a uniformly distributed load. A line-type finite element, method was incorporated with the "so-called" simplified and polynomial patterns of residual stresses. The effect of the load height was also considered in this study. The polynomial residual stresses assumed in this study was a quartic distribution in the flange and a parabolic distribution in the web. The inelastic lateral-torsional buckling of beam was analyzed with four different I-sections manufactured in Korea. Results obtained in this study were compared with KSDM(design method in the 1995 Korean Steel Designers' Manual). The design method in KSDM was found to be generally conservative with and without a sub-beam attached to the main beam, which acted as an intermediate restraint.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.3
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pp.193-201
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2023
In this study, a nonlinear truss finite element is developed to analyze structures with negative Poisson effect-induced tensile buckling. In general, the well-known buckling phenomenon is a stability problem under a compressive load, whereas tensile buckling occurs because of local compression caused by tension. It is not as well-known as classical buckling because it is a recent study. The mechanism of tensile buckling can be briefly explained from an energy standpoint. The nonlinear truss finite element with a torsional spring is formulated because the finite element has not been reported in the literature yet. The post-buckling analysis is then performed using the generalized displacement control method, which reveals that the torsional spring plays an important role in tensile buckling. Structures that mimic a negative Poisson effect can be constructed using such post-buckling behaviors, and one of the possible applications is a mechanical switch. The results obtained are compared to those of analytical solutions and commercial finite element analysis to assess the validity of the proposed finite element model. The numerical results show that the developed finite element model could be a viable option for the basic design of nonlinear structures with a negative Poisson effect.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.6
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pp.53-60
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2008
The cross-sections of continuous multi-span beams sometimes suddenly increase, or become stepped, at the interior supports of continuous beams to resist high negative moments. The three-dimensional finite-element program ABAQUS (2007) was used to analytically investigate the inelastic lateral-torsional buckling behavior of stepped beams subjected to linear moment gradient and resulted in the development of design equations. The ratios of the flange thickness, flange width, and stepped length of beam are considered for the analytical parameters. Two groups of 27 cases and 36 cases, respectively, were analyzed for doubly and singly stepped beams in the inelastic buckling range. The combined effects of residual stresses and geometrical imperfection on inelastic lateral-torsional buckling of beams are considered. First, the distributions of residual stress of the cross-section is same as shown in Pi and Trahair (1995), and the initial geometric imperfection of the beam is set by central displacement equal to 0.1% of the unbraced length of beam. The new proposed equations definitely improve current design methods for the inelastic lateral-torsional buckling problem and increase efficiency in building and bridge design.
Moon, Ji Ho;Yi, Jong Won;Choi, Byung Ho;Lee, Hak Eun
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.5
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pp.463-472
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2007
This paper presents theoretical and finite element analysis results for the lateral-torsional buckling of I-girders with corrugated web under uniform bending. Lateral-torsional buckling is a major design aspect for flexural members composed of thin-walled I-section. However, torsional rigidities such as the warping constants of the I-girders with corrugated web are not fully understood yet. In this paper, bending and pure torsional rigidities of I-girders with corrugated web are first described using the results of previous researchers. Then, the location of the shear center and the warping constants are derived. Using the derived section properties of I-girders with corrugated web, the lateral-torsional buckling strength is determined. Finite element analyses are conducted and the proposed lateral-torsional buckling strength of I-girders with corrugated web is successfully verified. Finally, the effects of corrugation profiles of the web on the lateral-torsional buckling load of I-girders with corrugated web are discussed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.39
no.1
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pp.123-134
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2019
This paper proposed a new design equation for the inelastic lateral torsional buckling (LTB) of singly symmetric stepped I-beams with non-compact flange sections. The proposed equation was generated using a finite element program, ABAQUS, and a statistical program, MINITAB. The parameters used were the stepped beams parameters; ${\alpha}$, ${\beta}$, and ${\gamma}$ and the length-to-height ratio ($L_b/h$) of the beam. The proposed equation was further validated by means of experimental test, where beams were subjected to four-point bending and supported by roller and lateral braces near the end supports. In addition, finite element models were simulated using the same parameters used in the experimental test to verify the results of the test conducted. It was proved that LTB capacity calculated from the proposed equation is accurate and conservative in comparison with the yielded values from the FEM and actual test, making it a reliable and safe approach in calculating the buckling capacities of singly symmetric stepped beams with non-compact flange sections.
In the present paper, an extended composite beam theory that has no restriction on the lay-up and can account for Poisson effect which is significant for composite materials is proposed. Buckling equations for composite thin-walled members which are subjected to axial compression are derived based on the composite beam theory. In order to check the validity of the derived buckling equations, the results of experiments on the flexural-torsional buckling of vinylester/E-glass and polyester/E-glass pultruded T-section members and the flexural buckling of vinylester/E-glass pultruded H-section members are used as numerical examples. The comparison of the analytical results to the experimental and FE analysis results reveals that the proposed buckling equations predict the buckling loads of pultruded members conservatively by about 7%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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