Application of reduced web beam section (RWBS) as a sacrificial fuse element has become a popular research field in recent years. Weakening of beam web in these connections may cause local web buckling around the opening area which can affect cyclic behavior of connection including: maximum load carrying capacity, strength degradation rate, dissipated energy, rotation capacity, etc. In this research, effect of local web buckling on the cyclic behavior of RWBS connections is investigated using finite element modeling (FEM). For this purpose, a T-shaped moment connection which has been tested under cyclic loading by another author is used as the reference model. Fracture initiation in models is simulated using Cyclic Void Growth Model (CVGM) which is based on micro-void growth and coalescence. Included in the results are: effect of opening corner radii, opening dimensions, beam web thickness and opening reinforcement. Based on the results, local web buckling around the opening area plays a significant role on the cyclic behavior of connection and hence any parameter affecting the local web buckling will affect entire connection behavior.
Tapered girders emerged as an economical remedy for the challenges associated with constructing long-span buildings. From an economic standpoint, these systems offer significant advantages, such as wide spans, quick assembly, and convenient access to utilities between the beam's shallow sections and the ceiling below. Elastic-local buckling is among the various failure modes that structural designers must account for during the design process. Despite decades of study, there remains a demand for efficient and comprehensive procedures to streamline product design. One of the most pressing requirements is a better understanding of the tapered web plate girder's local buckling behavior. This paper conducts a comprehensive numerical analysis to estimate the critical buckling coefficient for simply supported tapered steel web plates, considering loading conditions involving compression and bending stresses. An eigenvalue analysis was carried out to determine the natural frequencies and corresponding mode shapes of tapered web plates with varying geometric parameters. Additionally, the study highlights the relative significance of various parameters affecting the local buckling phenomenon, including the tapering ratio of the panel, normalized plate length, and ratio of minimum to maximum compressive stresses. The regression analysis and optimization techniques were performed using MATLAB software for the results of the finite element models to propose a separate formula for each load case and a unified formula covering different compression and bending cases of the elastic local buckling coefficient. The results indicate that the proposed formulas are applicable for estimating the critical buckling coefficient for simply supported tapered steel web plates.
Distortional and local buckling are important factors that influences the bearing capacity of steel-concrete composite box-beam. Through theoretical analysis of distortional buckling forms, a stability analysis calculation model of composite box beam considering rotation of steel beam top flange is presented. The critical bending moment calculation formula of distortional buckling is established. In addition, mechanical behaviors of a steel beam web in the negative moment zone subjected separately to bending stress, shear stress and combined stress are investigated. Elastic buckling factors of steel web under different stress conditions are calculated. On the basis of local buckling analysis results, a limiting value for height-to thickness ratio of a steel web in the elastic stage is proposed. Numerical examples are presented to verify the proposed models.
Elements used in steel structures may be considered as an assembly of number of thin flat walls. Local buckling of these members can limit the buckling capacity of axial load resistance or flexural strength. We can avoid a premature failure, caused by effects of local buckling, by limiting the value of the wall slenderness which depend on its critical buckling stress. According to Eurocode 3, the buckling stress is calculated for an internal wall assuming that the latter is a simply supported plate on its contour. This assumption considers, without further requirement, that the two orthogonal walls to this wall are sufficiently rigid to constitute fixed supports to it. In this paper, we focus on webs of steel profiles that are internal walls delimited by flanges profiles. The objective is to determine, for a given web, flanges dimensions from which the latter can be considered as simple support for this web.
The buckling characteristics of I - shaped columns which are composed of thin web and equal upper/lower flange plates are generally classified into the local and global modes. In this paper, its local buckling problem has been formulated on the basis of the assumed buckling modes using the finite element method for beams and plates. The effects of local bucklings are studied for various size rations and end conditions of I-shaped columns. The calculated results are comparatively well consistent with values obtained from the existing studies. The global buckling characteristics calculated by the present method are in good agreement with the classical rigid web solution
In desingin plate bridges, the width-thickness ratio of flanges and webs are proportioned in such that the premature local buckling of flanges and webs prior to achievement of the full strength of plate-girders must be prevented. It is the common practive in most design codes that the flange local buckling strength and the web bend buckling strength are separately computed. In most practical plate girders, however, the flange buckles simultaneously when web bend-buckling occurs, vice versa. The primary purpose of the present study is to investigate the phenomenon, which may be called flange-web interactive buckling. Using the eight-node shell element available in the commercial multi-purpose program ABAQUS, the phenomenon was quantitatively investigated. Also presented are the effects of various factors such as the ratio of flange slenderness ratio to the web slenderness ratio, the ratio of flange width to the web depth, and the longitudinal stiffeners. A series of comparative studies with various design codes show that the present study provides more accurate and effective design basis in proportioning the flanges and webs.
Conventional plate I-girders are sensitive to local buckling of the web when they are subjected mainly to shear action because the slenderness of the web in out-of-plane direction is much bigger. The local buckling of the web can also cause the distorsion of the plate flange under compression as a thin-walled plate has very low torsional stiffness due to its open section. A new I-girder consisted of corrugated web, a concrete-filled rectangular tubular flange under compression and a plate flange under tension is presented to improve its resistance to local buckling of the web and distorsion of the flat plate flange under compression. Experimental tests on a conventional plate I-girder and a new presented I-girder are conducted to study the failure process and the failure mechanisms of the two specimens. Strain developments at some critical positions, load-lateral displacement curves, and load-deflection curves of the two specimens have all be measured and analyzed. Based on these results, the failure mechanisms of the two kinds of I-girders are discussed.
This paper is represented a general equations to obtain the elastic local buckling stresses for the flange and web of H-beam under compression at elevated temperatures and is also developed the software to perform the elastic local buckling analysis at elevated temperatures. Eurocode3 Part 1.2 are used to analyse the decrease in steel yield strength and elastic modulus at elevated temperatures. For design examples of 6 H-beams, the elastic local buckling stresses and critical temperatures for the slenderness ratio $(b/t_f\;and\;d/t_w)$ of the flange and web under uniform compression at elevated temperatures have been analysed by a computer program of this paper. It can be seen that the computer analytical results of this study show a good agreement with the experimental results by Wadee.
본 연구는 온도상승에 따른 압축을 받는 I-형강 보의 플랜지와 웨브의 국부좌굴응력해석을 위한 컴퓨터프로그램과 항복파괴전에 I-형강 보의 플랜지와 웨브에 국부좌굴이 일어나지 않을 최적 폭-두께비를 구할 수 있는 최적알고리즘의 개발이다. 본 연구에서 사용한 고온에 있어서 강재의 응력-변형도 관계식은 EC3(Eurocode3) Part1.2(2000b)를 근거하였다. 본 연구에서 국부좌굴응력과 최적 폭-두께비는 항복응력, 플랜지와 웨브의 국부좌굴계수와 폭-두께비 영향을 고려하여 해석하였다. 그리고 본 연구의 컴퓨터 프로그램을 적용한 설계 예를 들었다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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