INFLUENCE OF INCLINED STIFFENERS IN I-BEAM CONNECTIONS ON BIMOMENT TRANSFERRING
https://doi.org/10.33979/2073-7416-2021-95-3-47-58
Abstract
Shear-free theory of V.Z. Vlasov remains one of the most reasonable approaches to calculating thin-walled bars taking into account constrained torsion. At the same time, the use of this theory for the analysis of deformations of frame structures still requires research in terms of the conditions for transferring forces in bar connections. As noted in some scientific papers, the balance of bimoments can be significantly broken at the joints of thin-walled bars of an open profile in some designs. This paper deals with thisphenomenonfor steel I-beam profiles, associated with thepresence of inclined stiffeners in joint units. Using shell finite element models,the influence of inclined stiffeners on the appearance of bimoment jumps at the pairwise connection of bars is shown. A dependence is derived that makes it possible to take into account the stiffness of the inclined edge in the bar models from the point of view of the restraint of cross-section warping. On the basis of numerical experiments, it was determined that the introduction of such stiffness into the bar finite element schemes of frame structures allows to reflect the condition of bars interaction in the transferringof bimoments with a sufficiently high accuracy for engineering practice.
About the Authors
Igor N. Serpik
Bryansk State Engineering Technological University
Russian Federation
Russian Federation
Roman O. Shkolyarenko
Bryansk State Engineering Technological University
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Власов В.З. Тонкостенные упругие стержни. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1959. 568 с
2. Сливкер В.И. Строительная механика. Вариационные основы. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2005. 736 с
3. Туснин А.М., Прокич М. Работа симметричных двутавровых сечений при развитии пластических деформаций и действии изгибающего момента и бимомента // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 5 (49). С. 44-53. DOI: 10.5862/MCE.49.5
4. Wang Z.Q., Zhao J.C., Zhang D.X., Gong J.H. Restrained torsion of open thin-walled beams including shear deformation effects // Journal of Zhejiang University-SCIENCE A. 2012. Vol. 13. No. 4. Pp. 260-273. DOI: 10.1631/jzus.A1100149
5. Choi S., Kim Y.Y. Higher-order Vlasov torsion theory for thin-walled box beams // International Journal of Mechanical Sciences. 2021. Vol. 195. 106231. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2020.106231
6. Latalski J., Warminski J., Rega G. Bending-twisting vibrations of a rotating hub-thin-walled composite beam system // Mathematics and Mechanics of Solids. 2017. Vol. 22. No. 6. Pp. 1303-1325. DOI: 10.1177/1081286516629768
7. Latalski J., Warminski J. Nonlinear vibrations of a rotating thin-walled composite piezo-beam with circumferentially uniform stiffness (CUS) // Nonlinear Dynamics. 2019. Vol. 98. No. 2. Pp. 2509-2529. DOI: 10.1007/s11071-019-05175-3
8. Taig G., Ranzi G. Generalized beam theory (GBT) for stiffened sections // International Journal of Steel Structures. 2014. Vol. 14. Pp. 381-397. DOI: 10.1007/s13296-014-2017-x
9. Piccardo G., Ranzi G., Luongo A. A complete dynamic approach to the Generalized Beam Theory cross-section analysis including extension and shear modes // Mathematics and Mechanics of Solids. 2014. Vol. 19. No. 8. Pp. 900-924. DOI: 10.1177/1081286513493107
10. Piccardo G., Ranzi G., Luongo A. A direct approach for the evaluation of the conventional modes within the GBT formulation // Thin-Walled Structures. 2014. Vol. 74. Pp. 133-145. DOI: 10.1016/j.tws.2013.09.008
11. Ferrarotti A., Piccardo G., Luongo A. A novel straightforward dynamic approach for the evaluation of extensional modes within GBT ’cross-section analysys’ // Thin-Walled Structures. 2017. Vol. 114. Pp. 52-69. DOI: 10.1016/j.tws.2017.01.001
12. Piccardo G., Ferrarotti A., Luongo A. Nonlinear generalized beam theory for open thin-walled members // Mathematics and Mechanics of Solids. 2016. Vol. 22. No. 10. Pp. 1907-1921. DOI: 10.1177/1081286516649990
13. Luongo A., Zulli D. A non-linear one-dimensional model of cross-deformable tubular beam // International Journal of Non-Linear Mechanics. 2014. Vol. 66. Pp. 33-42. DOI: 10.1016/j.ijnonlinmec.2014.03.008
14. Luongo A., Zulli D., Scognamiglio I. The Brazier effect for elastic pipe beams with foam cores // Thin-Walled Structures. 2018. Vol. 124. Pp. 72-80. DOI: 10.1016/j.tws.2017.11.053
15. Zulli D. A one-dimensional beam-like model for double-layered pipes // International Journal of Non-Linear Mechanics. 2019. Vol. 109. Pp. 50-62. DOI: 10.1016/j.ijnonlinmec.2018.11.006
16. Gonçalves R., Camotim D. GBT deformation modes for curved thin-walled cross-sections based on a mid-line polygonal approximation // Thin-Walled Structures. 2016. Vol. 103. Pp. 231-243. DOI: 10.1016/j.tws.2015.12.025
17. Latalski J., Zulli D. Generalized beam theory for thin-walled beams with curvilinear open cross-sections // Applied Sciences. 2020. Vol. 10. 7802. DOI: 10.3390/app10217802
18. Лалин В.В., Рыбаков В.А. Конечные элементы для расчета ограждающих конструкций из тонкостенных профилей // Инженерно-строительный журнал. 2011. № 8 (26). С. 69-80. DOI: 10.5862/MCE.26.11
19. Рыбаков В.А., Гамаюнова О.С. Напряженно-деформированное состояние элементов каркасных сооружений из тонкостенных стержней // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2013. № 7 (12). С. 79-123. DOI: 10.18720/CUBS.12.10
20. Tusnin A. Finite element for calculation of structures made of thin-walled open profile rods // Procedia Engineering. 2016. Vol. 150. Pp. 1673-1679. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.149
21. Туснин А.Р. Конечный элемент для численного расчета конструкций из тонкостенных стержней открытого профиля // Металлические конструкции. 2009. № 1 (15). C. 73-78
22. Serpik I.N., Shvyryaev M.V. Finite element modeling of operation for thin-walled open cross section bars to analyze plate-rod systems // Russian Aeronautics. 2017. Vol. 60. No. 1. Pp. 34-43. DOI: 10.3103/S1068799817010068
23. Александров А.В., Осокин А.В., Александров А.А. Развитие метода конечных элементов для систем тонкостенных прямолинейных и криволинейных стержней // Academia. Архитектура и строительство. 2006. № 4. С. 57-61
24. Dvorkin E.N., Celentano D., Cuitiño A., Gioia G. A Vlasov beam element // Computers & Structures. 1989. Vol. 33. No. 1. Pp. 187-196
25. Ватин Н.И., Рыбаков В.А. Расчет металлоконструкций: седьмая степень свободы // СтройПРОФИль. 2007. №2 (56). С. 60-63
26. Перельмутер А.В., Сливкер В.И. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа. М.: Изд-во ДМК Пресс, 2011. 736 с
27. Бычков Д.В. Строительная механика стержневых тонкостенных конструкций. М.: Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1962. 476 с
28. Юрченко В.В. Проектирование каркасов зданий из тонкостенных холодногнутых профилей в среде SCAD Office // Инженерно-строительный журнал. 2010. № 8(18). С. 38-46
29. Перельмутер А.В., Юрченко А.В. О расчете пространственных конструкций из тонкостенных стержней открытого профиля // Строительная механика и расчет сооружений. 2012. № 6. С. 18-25
30. Atavin I.V., Melnikov B.E., Semenov A.S., Chernysheva N.V., Yakovleva E.L. Influence of stiffness of node on stability and strength of thin-walled structure // Magazine of Civil Engineering. 2018. Vol. 80. No. 4. Pp. 48-61. DOI: 10.18720/MCE.80.5
31. Чернов С.А. Конечный элемент стержня коробчатого сечения с узлами по контуру сечения // Автоматизация и современные технологии. 2014. № 2. С. 9-13
32. Serpik I., Shkolyarenko R. Refinement of the accounting methodology of bi-moments transfer at the junctions of the I-section bars // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 365. No. 4. 042011. DOI: 10.1088/1757-899X/365/4/042011
33. Серпик И.Н., Школяренко Р.О. Расчет систем тонкостенных стержней корытообразного профиля с учетом стесненного кручения // Строительство и реконструкция. 2018. № 4 (78). C. 31-41
34. Киселев В.Н., Попков Ю.В. Расчет на кручение тонкостенных стержней с наклонными ребрами жесткости // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F, Строительство. Прикладные науки. 2010. № 6. C. 49-55
35. Yang Y., Lui E.M. Behavior and design of steel I-beams with inclined stiffeners // Steel and Composite Structures. 2012. Vol. 12. No. 3. P. 183-205. DOI: 10.12989/scs.2012.12.3.183
36. Prado N.I., Carrillo J., Ospina G., Ramirez-Amaya, D. Experimental assessment of I-shaped steel beams with longitudinal stiffeners under lateral-torsional buckling // DYNA. 2018. Vol. 207. No. 85. Pp. 278-287. DOI: 10.15446/dyna.v85n207.71892
37. Серпик И.Н., Школяренко Р.О., Швыряев М.В. Конечно-элементное моделирование работы систем стержней двутаврового профиля с учетом стесненного кручения // Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании: Сборник материалов международной научной конференции. М.: Издательство МГСУ, 2016. С. 287-292
38. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., Fox D. The Finite Element Method for Solid and Structural Mechanics. Oxford: Elsevier, 2014. 672 p
Review
For citations:
Serpik I.N., Shkolyarenko R.O. INFLUENCE OF INCLINED STIFFENERS IN I-BEAM CONNECTIONS ON BIMOMENT TRANSFERRING. Building and Reconstruction. 2021;(3):47-58. (In Russ.) https://doi.org/10.33979/2073-7416-2021-95-3-47-58
Views:
92
Email this article 