In this study, on-site testing was carried out to investigate the vibration performance of a cold-formed thin-walled steel floor system. Ambient vibration, walking excitation (single and double persons), and impulsive excitation (heel-drop and jumping) were considered to capture the primary vibration parameters (natural frequencies, damping ratios, and mode shapes) and vertical acceleration response. Meanwhile, to discuss the influence of cement fiberboard on structural vibration, the primary vibration parameters were compared between the systems with and without the installation of cement fiberboard. Based on the experimental analysis, the cold-formed thin-walled steel floor possesses high frequency (> 10 Hz) and damping (> 2%); the installed cement fiberboard mainly increases the mass of floor system without effectively increasing the floor stiffness and may reduce the effects of primary vibration parameters on acceleration response; and the human-structure interaction should be considered when analyzing the vibration serviceability. The comparison of the experimental results with those in the AISC Design Guide indicates that the cold-formed thin-walled steel floor exhibits acceptable vibration serviceability. A crest factor 𝛽rp (ratio of peak to root-mean-square accelerations) is proposed to determine the root-mean-square acceleration for convenience.
This paper presents the experimental and numerical study on the distribution of transverse and longitudinal residual stresses in cold-formed thick-walled structural steel rectangular hollow sections manufactured by indirect technique. Hole-drilling method is employed to measure the magnitude of the transverse and longitudinal surface residual stress distribution, and the effects of the residual stresses are evaluated qualitatively by sectioning method. It is shown that compared to normal cold-formed thin-walled structural hollow sections (SHS), the cold-formed thick-walled SHS has similar level of residual stress in the flat area but higher residual stresses in the corner and welding areas. Both the transverse and longitudinal residual stresses tend to open the section. In order to predict the surface residual stresses in the corners of the cold-formed thick-walled SHS, an analytical model is developed. 2D finite element simulation of the cold bending process is conducted to validate the analytical approach. It is shown that in analyzing bending for thick-walled sections, shifting of neutral axis must be considered, since it would lead to nonlinear and non-symmetrical distribution of stresses through the thickness. This phenomenon leads to the fact that cold-formed thick-walled SHSs has different distribution and magnitude of the residual stresses from the cold-formed thin-walled SHSs.
Local buckling is a major consideration in the design of thin-walled cold-formed steel sections. The main effect of local buckling in plate elements under longitudinal compressive stresses is to cause a redistribution of the stresses in which the greatest portion of the load is carried near the supporting edges of the plate junctions. The redistribution produces increased stresses near the plate junctions and high bending stresses as a result of plate flexure, leading to ultimate loads below the squash load of the section. In singly symmetric cross-sections, the redistribution of longitudinal stress caused by local buckling also produces a shift of the line of action of internal force (shift of effective centroid). The fundamentally different effects of local buckling on the behaviour of pin-ended and fixed-ended singly symmetric columns lead to inconsistencies in traditional design approaches. The paper describes local buckling and shift of effective centroid of thin-walled cold-formed steel channel columns. Tests of channel columns have been described. The experimental local buckling loads were compared with the theoretical local buckling loads obtained using an elastic finite strip buckling analysis. The shift of the effective centroid was also compared with the shift predicted using the Australian/New Zealand and American specifications for cold-formed steel structures.
A half open cross section built-up column, namely cold-formed thin-walled steel built-up column with 12-limbsection (CTSBC-12) is put forward. To deeply reveal the mechanical behaviors of CTSBC-12 under axial compression and put forward its calculation formula of axial bearing capacity, based on the previous axial compression experimental research, the finite element analysis (FEA) is conducted on 9 CTSBC-12 specimens, and then the variable parameter analysis is carried out. The results show the FEA is in good agreement with the experimental research, the ultimate bearing capacity error is within 10%. When the slenderness ratio is more than 96.54, the ultimate bearing capacity of CTSBC-12 decreases rapidly, and the failure mode changes from local buckling to global buckling. With the local buckling failure mode unchanged, the ultimate bearing capacity decreases gradually as the ratio of web height to thickness increases. Three methods are used for calculating the ultimate bearing capacity, the direct strength method of AISI S100-2007 gives result of ultimate axial load which is closest to the test and FEA results. But for simplicity and practicality, a simplified axial bearing capacity formula is proposed, which has better calculation accuracy with the slenderness ratio changing from 30 to 100.
Eight cold-formed thin-walled steel beams were performed to investigate the effect of corrosion damage on the flexural behavior of steel beams. The relationships between failure modes or load-displacement curves and corrosion degree of steel beams were investigated. A series of parametric analysis with more than forty finite element models were also performed with different corrosion degrees, types and locations. The results showed that the reduction of cross-section thickness as well as corrosion pits on the surface would lead to a decline in the stiffness and flexural capacity of steel beams, and gradually intensified with the corrosion degree. The yield load, ultimate load and critical buckling load of the corroded specimen IV-B46-4 decreased by 22.2%, 26% and 45%, respectively. The failure modes of steel beams changed from strength failure to stability failure or brittle fracture with the corrosion degree increasing. In addition, thickness damage and corrosion pits at different locations caused the degradation of flexural capacity, the worst of which was the thickness damage of compression zone. Finally, the method for calculating flexural capacity of corroded cold-formed thin-walled steel beams was also proposed based on experimental investigation and numerical analysis results.
Actual buckling curves are always characterised by the erosion of ideal buckling curves. In case of compact sections this erosion is due to the imperfections, while for thin-walled members, a supplementary erosion is induced by the phenomenon of coupled instabilities. The ECBL approach- Erosion of Critical Bifurcation Load - represents a practical and convenient tool to characterise the instability behaviour of thin-walled members. The present state-of-art paper describes the theoretical background of this method and the applications to cold-formed steel sections in compression and bending. Special attention is paid to the evaluation methods of erosion coefficient and to their validation. The ECBL approach can be also used to the plastic-elastic interactive buckling of thin-walled members, and the paper provides significant results on this line.
Buckling and post-buckling of cold-formed steel members are rather difficult to predict due to material and geometrical non-linearity. However, numerical techniques have reached a level of maturity such that many are now successfully undertaking ultimate strength analysis of cold-formed steel members. In numerical non-linear analysis, both geometrical and material imperfections, have to be estimated and properly used. They must be codified in terms of shape and magnitude. The presented paper represents a state-of-art report, including relevant results obtained by the authors and collected from literature, on that problem.
본 논문은 횡하중을 받는 냉간성형 ㄷ 형강보의 응력해석에 관해 다루고 있다. 냉간형강 보에 가해지는 각 하중 레벨에서의 응력을 계산하여 국부좌굴과 횡좌굴을 고려하여 구조해석을 실시하였다. 해석모델은 박벽보의 기본이론에 의해 유도되었으며 1차원 보요소 유한요소해석을 통하여 수치해석을 하였다. 수치해석결과는 AISI 규준과 비교되었으며, 본 연구에서 제안된 해석모델이 냉간형강보의 처짐뿐 아니라 응력도 매우 정확히 예측함을 알 수 있었다.
Salem, Adel Helmy;Sayed-Ahmed, Ezzeldin Yazeed;El-Serwi, Ahmed Abdelsalam;Korashy, Mohamed Mostafa
Steel and Composite Structures
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제4권5호
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pp.367-384
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2004
A numerical model based on the finite element technique is adopted to investigate the behavior and strength of thin-walled I-section beam-columns. The model considers both the material and geometric nonlinearities. The model results were first verified against some of the currently available experimental results. A parametric study was then performed using the numerical model and interaction diagrams for the investigated beam-columns have been presented. The effects of the web depth-to-thickness ratio, flange outstand-to-thickness ratio and bending moment-to-normal force ratio on the ultimate strength of thin-walled I-section beam-columns were scrutinized. The interaction equations adopted for beam columns design by the NAS (North American Specifications for the design of cold formed steel structural members) have been critically reviewed. An equation for the buckling coefficient which considers the interaction between local buckling of the flange and the web of a thin-walled I-section beam-column has been proposed.
현재 우리나라 스틸하우스 건설에 사용하는 구조재는 SGC41 강종으로 제작된 보통 C-형강이나 Lip-C-형강이 주를 이루고 있으나 이 분야의 선진국가에서는 좌굴 강도가 높고 시공성이 좋은 고유의 단면 형상을 개발하여 사용하고 있다. 본 연구에서는 정량이면서 강도 및 강성이 높고 다양한 시공상 장점이 있는 고강도 신형상 박판냉간성형단면의 압축부재로서의 구조적인 고동과 성능을 연구하기 위하여 재료실험 및 압축실험을 수행하고 해석치와 비교하여 보았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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