Corrugated webs have been used for composite prestressed concrete box girder bridges. Innovative steel plate girders using corrugated webs have been proposed. It has been found that analytical and experimental researches conducted to determine the strength of trapezoidally corrugated webs can fail with respect to three different buckling modes: local, global, and interactive shear buckling. Shear buckling capacity equations based on classical and orthotropic plate buckling theories have been proposed,but these equations show some differences. In this paper, geometric parameters that influence interactive shear buckling behavior with interaction effects are identified via extensive bifurcation buckling analysis using the finite element meth.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.12
no.1
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pp.1-15
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2011
This paper reviews most of the research done in the field of tensile buckling characteristics pertaining to aerospace structural elements with special attention to local buckling and parametric excitation due to periodic loading on plate and shell elements. The concepts of buckling in aerospace structures appear as the result of the application of a global compressive applied load or shear load. A less usual situation is the case, in which a global tensile stress creates buckling instability and the formation of complex spatial buckling pattern. In contrast to the case of a pure compression or shear load, here the applied macroscopic load has no compressive component and is thus globally stabilizing. The instability stems from a local compressive stress induced by the presence of a defect, such as a crack or a hole, due to partial or non-uniform applied load at the far end. This is referred to as tensile buckling. This paper discusses all aspects of tensile buckling, theoretical and experimental. Its far reaching applications causing local instability in aerospace structural components are discussed. The important effects on dynamic stability behaviour under locally induced periodic compression have been identified and influences of various parameters are discussed. Experimental results on simple and combination resonance characteristics on plate structures due to tensile buckling effects are elaborated.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.3
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pp.10-19
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2014
Corrugated steel plates are made by fabricating thin steel plates to have trapezoidal or sinusoidal corrugation, and the corrugated plates are able to maintain high out-of-plane rigidity even when they are used instead of thick flat plates. Also, corrugated steel plates have almost no axial rigidity due to the accordion effect. Thus, if they are applied to the webs of plate girders, designing can be easily conducted so that the webs bear only shear stresses. However, unlike flat plates, the shear buckling of corrugated steel plates has very complex characteristics where buckling occurs due to the interaction of local and global buckling, besides local buckling and global buckling. For the investigation of the cause and characteristics of this interactive buckling, studies on sinusoidal corrugated steel plates are fewer than studies on trapezoidal corrugated steel plates. Therefore, in this study, the shear buckling characteristics of sinusoidal corrugated steel plates and the occurrence pattern of interactive buckling were investigated. For the calculation of shear buckling strength, a finite element program was used, and the analysis results were compared with the exact solution. In addition, the characteristics of buckling stress change and the change of buckling mode shape depending on corrugation thickness and shape parameter were analyzed, and by comparing these results with the results of a theoretical equation, the timing of buckling mode change was analyzed.
Thin walled steel bridge-piers/columns are vulnerable to damage, when subjected to earthquake excitations. Local buckling, global buckling or interaction between local and global buckling usually is the cause of this damage, which results in significant strength reduction of the member. In this study new innovative design concepts, "thin-walled corrugated steel columns" and "thin-walled cellular steel columns" are presented, which allow the column to undergo large plastic deformations without significant strength reduction; hence dissipate energy under cyclic loading. It is shown that, compared with the conventional designs, circular and stiffened box sections, these new innovative concepts might results in cost-effective designs, with improved buckling and ductility properties. Using a finite element model, that takes the non-linear material properties into consideration, it is shown that the corrugations will act like longitudinal stiffeners that are supporting each other, thus improving the buckling behavior and allowing for reduction of the overall wall thickness of the column.
Jianshuo Wang;Tinghao Meng;Zechao Zhang;Zhihua Chen;Hongbo Liu
Earthquakes and Structures
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v.26
no.4
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pp.261-267
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2024
With the increase in the exploitation depth of offshore oil and gas, it is possible to control the global buckling of deep-sea pipelines by the snake lay method. Previous studies mainly focused on the analysis of critical buckling force and critical temperature of pipelines under the snake-like laying method, and pipelines often suffer structural failure due to seismic disasters during operation. Therefore, seismic action is a necessary factor in the design and analysis of submarine pipelines. In this paper, the seismic action of steel pipes in the operation stage after global buckling has occurred under the active control method is analyzed. Firstly, we have established a simplified finite element model for the entire process cycle and found that this modeling method is accurate and efficient, solving the problem of difficult convergence of seismic wave and soil coupling in previous solid analysis, and improving the efficiency of calculations. Secondly, through parameter analysis, it was found that under seismic action, the pipe diameter mainly affects the stress amplitude of the pipeline. When the pipe wall thickness increases from 0.05 m to 0.09 m, the critical buckling force increases by 150%, and the maximum axial stress decreases by 56%. In the pipe soil interaction, the greater the soil viscosity, the greater the pipe soil interaction force, the greater the soil constraint on the pipeline, and the safer the pipeline. Finally, the pipeline failure determination formula was obtained through dimensionless analysis and verified, and it was found that the formula was accurate.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.54-59
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2001
This paper presents an analytical investigation pertaining to the elastic buckling behavior of pultruded fiber reinforced plastic equal-leg angle members under concentric axial compression. The elastic local and global buckling (flexural, torsional, and flexural-torsional) analyses are conducted, respectively, and the analytical results are compared with the existing experimental results. The differences were more than 10%, and the experimental results were higher than the analytical results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.2
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pp.354-362
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1995
The finite element modeling is used to study the buckling and postbuckling behavior of composite laminates with an embedded delamination. Degenerated shell element and rigid beam element are utilized for the finite element modeling. In the nonlinear finite element formulation, the updated Lagrangian description method based on the second Piola-Kirchhoff stress tensor and the Green strain tensor is used. The buckling and postbuckling behavior of composite laminates with a delamination are investigated for various delamination sizes, stacking sequences, and boundary conditions. It is shown that the buckling load and postbuckling behavior of composite laminates depend on the buckling model which is determined by the delamination size, stacking sequence and boundary condition. Also, results show that introduction of couplings can reduce greatly the buckling load.
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.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.2
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pp.79-86
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2014
This paper presents modelling approaches for the global and distortional buckling of cold-formed built-up steel sections using the finite element software packages, ANSYS and ABAQUS. Thin thickness of the cold-formed steel causes nonlinear behaviour due to local and distortional buckling, thus careful consideration is required in modelling for numerical analysis. Implicit static modelling using ANSYS provides unstable numerical results as the load approaches the limit point but explicit dyamic modelling with ABAQUS is able to display the behaviour even in post-buckling range. Meanwhile, axial load capacities obtained from the numerical analysis show higher values than the experimental axial capacities, due to eccentricity during the test. Axial capacities of the cold-formed steel obtained through numerical analysis requires reduction factor, and this paper suggests 0.88 for the factor.
In the current study, the influence of the initial lateral (sweep) shape and the cross-sectional twist imperfection on the lateral torsional buckling (LTB) response of doubly-symmetric steel I-beams was investigated. The material imperfection (residual stress) was not considered. For this objective, standard European IPN 300 beam with different unbraced span was numerically analyzed for three imperfection cases: (i) no sweep and no twist (perfect); (ii) three different shapes of global sweep (half-sine, full-sine and full-parabola between the end supports); and (iii) the combination of three different sweeps with initial sinusoidal twist along the beam. The first comparison was done between the results of numerical analyses (FEM) and both a theoretical solution and the code lateral torsional buckling formulations (EC3 and AISC-LRFD). These results with no imperfection effects were then separately compared with three different shapes of global sweep and the presence of initial twist in these sweep shapes. Besides, the effects of the shapes of initial global sweep and the inclusion of sinusoidal twist on the critical buckling load of the beams were investigated to unveil which parameter was considerably effective on LTB response. The most compatible outcomes for the perfect beams was obtained from the AISC-LRFD formulation; however, the EC-3 formulation estimated the $P_{cr}$ load conservatively. The high difference from the EC-3 formulation was predicted to directly originate from the initial imperfection reduction factor and high safety factor in its formulation. Due to no consideration of geometric imperfection in the AISC-LFRD code solution and the theoretical formulation, the need to develop a practical imperfection reduction factor for AISC-LRFD and theoretical formulation was underlined. Initial imperfections were obtained to be more influential on the buckling load, as the unbraced length of a beam approached to the elastic limit unbraced length ($L_r$). Mode-compatible initial imperfection shapes should be taken into account in the design and analysis stages of the I-beam to properly estimate the geometric imperfection influence on the $P_{cr}$ load. Sweep and sweep-twist imperfections led to 10% and 15% decrease in the $P_{cr}$ load, respectively, thus; well-estimated sweep and twist imperfections should considered in the LTB of doubly-symmetric steel I-beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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