This paper presents a new, effective torsional constant for thin-waled open beams under concentrated and uniformly distributed torques. The proposed constant can be used directly, instead of the St. Venant torsional constant, for any generic comemrcial finite-element program, without modifying the algorithm. The derived torsional constant accounts for both the pure torsion and the warping torsion, and is equal to the St. Venant torsion constant times a correction factor. It is also shown, in the case of the St. Venant torsion, that the derived constant is identical to the torsional constant. The derived effective torsional constant is different from the one given by Elhelbawey et al. The pure torsional shear stress, the warping shear stress, and the warping normal stress were also determine d, using the maximum twisting angle. The accuracy of the proposed torsional constant was validated by comparing the numerical results with the closed-form solutions or other numerical results available in the literature.
The current ACI design code does not take into account the contribution of concrete for the torsional moment of reinforced concrete(RC) beams subjected to pure torsion. This code is not capable of evaluating the inter-effects between concrete and torsional reinforcement on the torsional resistance of the RC beams. Some test results indicated that the current ACI code was not successful in predicting the observed torsional moment of the RC beams with reasonable accuracy. The research reported in this paper provides an evaluation equation to predict the torsional moment of the RC beams subjected to pure torsion. The proposed equation is derived from the equilibrium as well as compatibility equations of the truss model for the cracked RC beams. Comparisons between the observed and calculated torsional moments of the 66 tested beams, showed reasonable agreement.
The general behavior of curved girder including the warping effects is formulated by series of differential equations postulated by Vlasov. In order to determine the maximum shear force, the maximum bending moment, the maximum pure torsion, the maximum warping torsion, and the maximum bimoment for the curved girder grid bridges, it is important to find the location of live load applied to the curved girder grid bridges, so that the influence line can be estimated. In this paper, the influence line of shear force, bending moment, pure torsion, warping torsion, and bimoment due to unit vertical load and unit torsional moment for curved I-girder grid bridges are obtained by using the finite difference method.
This paper presents the results of an analytical and experimental study on the performance of reinforced concrete beams subjected to pure torsion. The main parameters of the experimental tests were amount of torsional reinforcement and the ratio of the transverse torsional reinforcement to the longitudinal torsional reinforcement. The test results indicated that the maximum amount of torsional reinforcement required in ACI 318-05 code underestimated almost twice as much as the observed maximum amount of torsional reinforcement. Comparisons between the tested and calculated torsional behaviors of the 102 beams showed that the torsional failure modes of ACI 318-05 code disagreed with the observed failure modes. In addition, the torsion provisions in ACI 318-05 code overestimate the torsional strength of the RC beams in which relatively large amount of torsional reinforcement were reinforced, while underestimate for the beams with small amount of torsional reinforcement. This discrepancy between the theoretical ultimate torsional strength as given by the ACI 318-05 code and the experimental one can be due to neglecting the tension stiffening effect and the contribution of the torsional strength by concrete.
A curved member should resist bending and torsional moments simultaneously even though the primary load is usually supposed to be gravitational load. The torsional moment causes complicate stress state and also can result in early yielding of material to reduce member strength. According to analysis results, the strength of a curved member that has 45 degrees of subtended angle could decrease more than 50% compare to straight girder. Nevertheless, there have been very few of researches related with ultimate strength of curved girders. In this study, various kinds of stiffness about bending, pure torsion and warping were considered with a number of models in order to verify the main factor that affects ultimate behavior of curved girder. Lateral and rotational displacement of curved member were introduced as lateral-torsional-vertical behavior and bending-torsional moment interaction curve was derived. Finally, a strength equation for ultimate moment of horizontally curved steel I-girders subjected to equal end moments based on the interaction curves. The equation could take account of the effect of curvature, unbraced length and sectional properties.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.8
no.2
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pp.125-133
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1988
To establish the rational design method, it is very important that predict accurately load-deformation response on reinforced concrete members. Torque-twist curves of reinforced concrete members in pure torsion were proposed recently by Collins and Hsu, etc. But, it is found that torsional strength of reinforced concrete members based on Hsu's theory is underestimated in the over-all load region except the ultimate state. In this paper, an attempt is made to present the higher-precision of torsional strength on arbitrary loading condition. For this purpose, constitutive equations are derived from which an estimate can be made of the torsional behavior of reinforced concrete members under the pure torsion. Tension stiffness of concrete in both the cracked and uncracked state have been considered. A softening effect that reduces the strength of the concrete by the diagonal cracking of concrete have been appropriately deliberated. Particularly, the experiments was done with 14 test beams to investigate the validity of theoretical analysis.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.2
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pp.424-435
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1991
To develop the photoelastic experiment method for the orthotropic material under pure torsional moment is the main objective of this research. In the development of photoelastic experiment for orthotropic material under pure torsional moment, the important problems and their solutions are the same as following. In the model material for photoelastic experiment, it was found that C.F.E.C.(Copper Fiber Epoxy Composite) can be used as the model material of photoelastic experiment for orthotropic material. In the stress freezing cycle, it was assured that stress freezing cycle for epoxy can be used as the stress freezing cycle of the photoelastic experiment for orthotropic material. In the slicing method, it was found that the negative oblique slicing method can be effectively used as slicing method in 3-dimensional photoelastic experiment. In the measuring method of stress fringe values and physical properties in the high temperature, it was found that stress fringe values can be directly measured by experiment and physical properties can be directly or indirectly by equation between stress fringe values and physical properties developed by author. In the stress analysis method of orthotropic material under pure torsional moment by photoelastic experiment, it will be studied in the second paper.
Kim, Jong Min;Kim, Seung Jun;Park, Jong Sup;Kang, Young Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.2
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pp.237-246
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2008
The cross-sections of continuous multi-span beams sometimes suddenly increase, or become stepped, at the interior supports of continuous beams to resist high negative moments. The three-dimensional finite-element program ABAQUS (2006) was used to analytically investigate the inelastic lateral-torsional buckling behavior of stepped beams subjected to pure bending moment and resulted in the development of design equations. The flanges of the smaller cross-section were fixed at 30.48 by 2.54 cm, whereas the width and/or thickness of the flanges of the larger cross-section varied. The web thickness and height of beam was kept at 1.65 cm and 88.9 cm, respectively. The ratios of the flange thickness, flange width, and stepped length of beams are considered analytical parameters. Two groups of 27 cases and 35 cases, respectively, were analyzed for double and single stepped beams. The combined effects of residual stresses and geometrical imperfection on inelastic lateral-torsional buckling of beams are considered. First, the distributions of residual stress of the cross-section is same as shown in Pi, etc (1995), and the initial geometric imperfection of the beam is set by central displacement equal to 0.1% of the unbraced length of beam. The new proposed equations definitely improve current design methods for the inelastic LTB problem and increase efficiency in building and bridge design. The proposed solutions can be easily used to develop new design equation for inelastic LTB resistance of stepped beams subjected to general loading condition such as a concentrated load, a series of concentrated loads or uniformly distributed load.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.7
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pp.3495-3501
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2013
The cross-sections of continuous multi-span beams are sometimes suddenly increased or stepped at the interior supports of continuous beams to resist high negative moments. This paper investigates inelastic lateral-torsional buckling of monosymmetric stepped I-beams subjected to pure bending. A three-dimensional finite-element program ABAQUS and a regression program were used to analytically develop new design equation. The flange thickness ratio, flange width ratio and stepped length ratio were considered as parameters of this study. The combined effects of residual stresses and geometric imperfection on inelastic lateral-torsional buckling of beams are considered. The proposed solution can be easily used to calculation for inelastic lateral torsional buckling strengths of monosymmetric beams with doubly stepped cross sections and to develop new design equations for inelastic lateral-torsional buckling resistances of stepped beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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