Major engineering requirements and technological developments in the steel construction industry are discussed to support a new innovative system, namely corrugated web beams, for future structural projections. These new-generation steel beams, fabricated as welded plate girders with corrugated webs, are designed to combine large spans with very low weight. In the present study, the flexural capacity of optimally designed trapezoidal and sinusoidal corrugated web beams was aimed at. For this purpose, the new metaheuristic methods, specifically hunting search and firefly algorithms, were used for the minimum weight design of both beams according to the rules of Eurocode EN 1193 15 and DASt-Ri 015. In addition, the strengthening effects of the corrugation geometry at the web posts on the load capacity of fabricated steel beams were tested in a reaction frame. The experimental tests displayed that the lateral capacity of trapezoidal web beams is more durable under flexural loads compared to sinusoidal web beams. These thin-walled beams were also simulated using a 3-D finite element model with plane strain to validate test results and describe the effectiveness of the ABAQUS software.
Kalali, Hamed;Hajsadeghi, Mohammad;Zirakian, Tadeh;Alaee, Farshid J.
Steel and Composite Structures
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v.19
no.2
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pp.277-292
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2015
Previous research has shown that steel plate shear walls (SPSWs) are efficient lateral force-resisting systems against both wind and seismic loads. A properly designed SPSW can have high initial stiffness, strength, and energy absorption capacity as well as superior ductility. SPSWs have been commonly designed with unstiffened and stiffened infill plates based on economical and performance considerations. Recent introduction and application of corrugated plates with advantageous structural features has motivated the researchers to consider the employment of such elements in stiffened SPSWs with the aim of lowering the high construction cost of such high-performing systems. On this basis, this paper presents results from a numerical investigation of the hysteretic performance of SPSWs with trapezoidally corrugated infill plates. Finite element cyclic analyses are conducted on a series of flat- and corrugated-web SPSWs to examine the effects of web-plate thickness, corrugation angle, and number of corrugation half-waves on the hysteretic performance of such structural systems. Results of the parametric studies are indicative of effectiveness of increasing of the three aforementioned web-plate geometrical and corrugation parameters in improving the cyclic response and energy absorption capacity of SPSWs with trapezoidally corrugated infill plates. Increasing of the web-plate thickness and number of corrugation half-waves are found to be the most and the least effective in adjusting the hysteretic performance of such promising lateral force-resisting systems, respectively. Findings of this study also show that optimal selection of the web-plate thickness, corrugation angle, and number of corrugation half-waves along with proper design of the boundary frame members can result in high stiffness, strength, and cyclic performances of such corrugated-web SPSWs.
A new I-girder consisted of top concrete-filled tubular flange and corrugated web has been proved to have high resistance to both global buckling of the entire girder and local buckling of the web. This study carries out theoretical analysis and experimental tests for this new I-girder to investigate the stress distribution in the flanges and in the corrugated web. Based on some reasonable assumptions, theoretical equations for calculating the normal stress in the flanges and the shear stress in the corrugated web are presented. To verify the accuracy of the presented equations, experimental tests on two specimens were carried out, and the experimental results of stress distribution were used to assess the theoretical prediction. Comparison between the two results indicates that the presented theoretical equations have enough accuracy for calculating the stress in the new I-girder, and thus they can be used reliably in the design stage.
3D finite element analyses of a corrugated steel web girder and a steel truss web girder are conducted to investigate the static and dynamic behaviour of the hybrid girders. And the analyses results are compared with those by the equivalent beam theory. The equivalent theory is a theory that all section properties of a truss structure are replaced by section properties of a beam including a shear coefficient. When applying the equivalent beam theory, the shear coefficient of the corrugated steel web girder is estimated as the area ratio of flange section to web section and that of the steel truss web girder is calculated by the equation proposed by Abdel. Static deflections and natural frequencies by 3D finite element analyses and those by the equivalent beam theory are in good agreement.
Compared to conventional flat web I-beams, the prediction of shear buckling stress of corrugated web steel beams (CWSBs) is not straightforward. But the CWSBs combined advantages of lightweight large spans with low-depth high load-bearing capacities justify dealing with such difficulties. This work investigates experimentally and analytically the shear strength of trapezoidal CWSBs. A set of large scale CWSBs are manufactured and tested to failure in shear. The results are compared with widely accepted CWSBs shear strength prediction models. Confirmed by the experimental results, the linear buckling analyses of trapezoidal corrugated webs demonstrated that the local shear buckling occurs only in the flat plane folds of the web, while the global shear buckling occurs over multiple folds of the web. New analytical prediction model accounting for the interaction between the local and global shear buckling of CWSBs is proposed. Experimental results from the current work and previous studies are compared with the proposed analytical prediction model. The predictions of the proposed model are significantly better than all other studied models. In light of the dispersion of test data, accuracy, consistency, and economical aspects of the prediction models, the authors recommend their proposed model for the design of CWSBs over the rest of the models.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2A
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pp.281-288
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2008
The Prestressed Concrete (hereinafter PSC) box girder bridges with corrugated steel webs have been drawing an attention as a new structure type of PSC bridge fully utilizing the feature of concrete and steel. However, the previous study focused on the shear buckling of the corrugated steel web and development of connection between concrete flange and steel web. Therefore, it needs to perform a study on the torsional behavior and develop the rational torsional analysis model for PSC box girder with corrugated steel web. In this study, torsional analysis model is developed using Rausch's equation based on space truss model, equilibrium equation considering softening effect of reinforced concrete element and compatibility equation. Validation studies are performed on developed model through the comparison with the experimental results of loading test for PSC box girder with corrugated steel webs. Parametric studies are also performed to investigate the effect of prestressing force and concrete strength in torsional behavior of PSC box girder with corrugated steel web. The modified correction factor is also derived for the torsional coefficient of PSC box girder with corrugated steel web through the parametric study using the proposed anlaytical model.
The Ilsun Bridge is the world's longest box girder bridge(801m) with corrugated steel webs and has the widest width($21.2{\sim}30.9m$: tri-cellular cross section) among these kinds of composite girder bridges. It has fourteen spans(50m, 10 at 60m, 50m, 2 at 50.5m) where twelve spans are erected by the incremental launching method and two spans by full staging method. Special topics related to the structural safety of prestressed concrete box girder bridge with corrugated steel web in construction stage and service were reviewed. Investigations focus on the span-to-depth ratio, shear stress of corrugated steel webs and optimization of tile length of steel launching nose. The span-to-depth ratio of Ilsun bridge has been found to be well-planned while the corrugated steel web has been designed highly conservative and it has been observed that the conventional nose-deck interaction equation do not fit well with corrugated steel web bridges. As a result, detailed construction stage analysis was performed to check the stress levels and the safety of preceding design conditions. Finally, from the design review of Ilsun bridge, this study suggests optimal design issues which should be of interest in designing a prestressed concrete box girder bridge with corrugated steel webs.
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.
This paper presents a type of composite box girder with corrugated webs and concrete filled steel tube slab to overcome cracking on the web and reduce self-weight. Utilizing corrugated steel web improves the efficiency of prestressing introduced into the top and bottom slabs due to the accordion effect. In order to understand the loading capacity of such new composite structure, experimental and numerical analyses were conducted. A full-scale model was loaded monotonically to investigate the deflection, strain distribution, loading capacity and stiffness during the whole process. The experimental results show that test specimen has enough loading capacity and ductility. Based on experimental works, a finite element (FE) model was established. The load-displacement curves and stress distribution predicted by FE model agree well with that obtained from experiments, which demonstrates the accuracy of proposed FE model. Moreover, simplified theoretical analysis was conducted depending on the assumptions which were confirmed by the experimental and numerical results. The simplified analysis results are identical with the tested and numerical results, which indicate that simplified analytical model can be used to predict the loading capacity of such composite girder accurately. All the findings of present study may provide reference for the application of such structure in bridge construction.
Choi, Yong Ju;Yi, Jong Won;Shin, Chul Ho;Lee, Hak Eun
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.18
no.1
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pp.81-91
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2006
The corrugated web is a plate that was manufactured with a corrugated shape. It is widely used in bridges, buildings, and culverts. A girder with a corrugated web can be crippled by local, in-plane compressive loads. Due to its high out-of-plane strength, however, a stiffener is usually not needed in trapezoidally corrugated plates, and the corrugated profile of the web can change the boundary condition of the edge load. Some researchers have studied the strength of the partial-edge loading of the trapezoidally corrugated web, but they have not considered the profile of corrugation in their studies. This paper investigates the influence of the corrugate profile. A parametric study was conducted on the shape parameter using the finite-element method. In this parametric study, the relationship between the corrugated shape and the partial-edge strength was also investigated by dividing the partial-edge strength into the web capacity and the flange capacity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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