Cold Formed Steel members are widely used in today's construction industry. However the structural behavior of light gauge high strength cold formed steel sections characterized by various buckling modes are not yet fully understood. Because of their simple forming and easy connections, the commonly used cold formed sections for beams are C and Z. However both these sections suffer from certain buckling modes. To achieve much improved structural performance of cold formed sections for beams both in terms of strength and stiffness, it is important to either delay or completely eliminate their various modes of buckling. This paper presents various innovative sectional profiles and stiffening arrangements for cold formed steel beams which would successfully contribute in delaying or eliminating various modes of premature buckling, thus considerably improving the load carrying capacity as well as stiffness characteristics of such innovative cold formed sections compared to conventional cold formed steel sections commonly used for beams.
The structures distorted by welding have to be corrected. Since the correcting work needs a lot of costs and time, it is very important to minimize the buckling distortion due to welding of thin plate structure. Therefore the aim of this study is to investigate the effect of single bead on plate welding and fillet welding on the buckling distortion. In the single bead on plate welding, it was found that the welding speed and welding sequence were the most dominant factors on distortion. In the fillet welding, there were four typical buckling modes observed, and the welding sequence was the most influential factor on the buckling distortion. However typical distortion measuring method is not considered for the distortion correcting process costs of each buckling modes, therefore, in this study, the measuring method is developed to classify the buckling modes for torsion of specimen and buckling distortion depend on nodal point for the bead on plate welding specimen and fillet welds.
A Steel Plate Shear Wall (SPSW) is a lateral load resisting system consisting of an infill plate located within a frame. When buckling occurs in the infill plate of a SPSW, a diagonal tension field is formed through the plate. The study of the tension field behavior regarding the distribution and orientation patterns of principal stresses can be useful, for instance to modify the basic strip model to predict the behavior of SPSW more accurately. This paper investigates the influence of torsional and out-of-plane flexural rigidities of boundary members (i.e. beams and columns) on the buckling coefficient as well as on the distribution and orientation patterns of principal stresses associated with the buckling modes. The linear buckling equations in the sense of von-Karman have been solved in conjunction with various boundary conditions, by using the Ritz method. Also, in this research the effects of symmetric and anti-symmetric buckling modes and complete anchoring of the tension field due to lacking of in-plane bending of the beams as well as the aspect ratio of plate on the behavior of tension field and buckling coefficient have been studied.
A new numerical model based on the spline finite strip method is presented here for the analysis of buckling of built-up columns with and without end stay plates. The channels are modelled with spline finite strips while the connecting elements are represented by a 3D beam finite element, for which the stiffness matrix is modified in order to ensure complete compatibility with the strips. This numerical model has the advantage to give all possible failure modes of built-up columns for different boundary conditions. The end stay plates are also taken into account in this method. To validate the model a comparative study was carried out. First, a general procedure was chosen and adopted. For each numerical analysis, the lowest buckling loads and modes were calculated. The basic or "pure" buckling modes were identified and their critical loads were compared with solutions obtained using analytical methods and/or other numerical methods. The results showed that the proposed numerical model can be used in practice to study the elastic buckling of built-up columns. This model is considered accurate and efficient for the local buckling of short columns and global buckling for slender columns.
A linearised buckling analysis of thin-walled beams is addressed in this paper. Beam theories formulated according to a unified approach are presented. The displacement unknown variables on the cross-section of the beam are approximated via Mac Laurin's polynomials. The governing differential equations and the boundary conditions are derived in terms of a fundamental nucleo that does not depend upon the expansion order. Classical beam theories such as Euler-Bernoulli's and Timoshenko's can be retrieved as particular cases. Slender and deep beams are investigated. Flexural, torsional and mixed buckling modes are considered. Results are assessed toward three-dimensional finite element solutions. The numerical investigations show that classical and lower-order theories are accurate for flexural buckling modes of slender beams only. When deep beams or torsional buckling modes are considered, higher-order theories are required.
The stability of cable-stayed bridges is an important factor considered during design. In recent years, the novel spatial diamond-shaped bridge pylon has shown its advantages in various aspects, including the static response and the stability performance with the development of cable-stayed bridge towards long-span and heavy-load. Based on the energy approach, this paper presents a practical calculation method of the completed state stability of a cable-stayed bridge with two spatial diamond-shaped pylons. In the analysis, the possible transverse buckling of the girder, the top pylon column, and the mid pylon columns are considered simultaneously. The total potential energy of the spatial diamond-shaped pylon cable-stayed bridge is calculated. And based on the principle of stationary potential energy, the transverse buckling coefficients and corresponding buckling modes are obtained. Furthermore, an example is calculated using the design parameters of the Changtai Yangtze River Bridge, a 1176 m cable-stayed bridge under construction in China, to verify the effectiveness and accuracy of the proposed method in practical engineering. The critical loads and the buckling modes derived by the proposed method are in good agreement with the results of the finite element method. Finally, cable-stayed bridges varying pylon and girder stiffness ratios and pylon geometric dimensions are calculated to discuss the applicability and advantages of the proposed method. And a further discussion on the degrees of the polynomial functions when assuming buckling modes are presented.
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
Denise-Penelope N. Kontoni;Ali Ghamari;Chanachai Thongchom
Steel and Composite Structures
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제47권2호
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pp.185-201
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2023
Despite the high lateral stiffness and strength of the Concentrically Braced Frame (CBF), due to the buckling of its diagonal members, it is not a suitable system in high seismic regions. Among the offered methods to overcome the shortcoming, utilizing a metallic damper is considered as an appropriate idea to enhance the behavior of Concentrically Braced Frames (CBFs). Therefore, in this paper, an innovative steel damper is proposed, which is investigated experimentally and numerically. Moreover, a parametrical study was carried out to evaluate the effect of the mechanism (shear, shear-flexural, and flexural) considering buckling mode (elastic, inelastic, and plastic) on the behavior of the damper. Besides, the necessary formulas based on the parametrical study were presented to predict the behavior of the damper that they showed good agreement with finite element (FE) results. Both experimental and numerical results confirmed that dampers with the shear mechanism in all buckling modes have a better performance than other dampers. Accordingly, the FE results indicated that the shear damper has greater ultimate strength than the flexural damper by 32%, 31%, and 56%, respectively, for plates with elastic, inelastic, and plastic buckling modes. Also, the shear damper has a greater stiffness than the flexural damper by 43%, 26%, and 53%, respectively, for dampers with elastic, inelastic, and plastic buckling modes.
The purpose of this paper is to evaluate the effectiveness of eigen modes by modal analysis and the application of approximate eigen modes for continuum. This study proposes the appropriate selection technique of eigen modes by modal analysis and the method for the reasonable survey of post-buckling path. And the buckling characteristics of a latticed dome is studied by the application of these approximate eigen modes which have sufficient accuracy and praticallity for response analysis in symmetric and anti-symmetric state of continuous shell. To prove the effectiveness of eigen modes and application of approximate eigen modes for continuum, these results are compared with those of direct method.
There are normally two types of the energy absorbers used in the crashworthiness of trains. The first is a structure type, which mainly used in not only the primary structures of the train but also the crash energy absorbers at the accident. The second is a module type, which just absorbs the crash energy independent of the primary structures and attached to the structures of the train. The expansion and inversion tube are widely used as the module type crash energy absorbers, especially in the train. The tubes should not be buckled under the load acting on the end of the tube in longitudinal direction during absorbing the crash energy. The buckling stability of the tubes is affected by the boundary conditions, thickness and length of tube. In this study, the effects of the length and thickness of the tubes on the buckling load are studied by using the ABAQUS, a commercial finite element analysis program, and then presents the guideline to design the tube. The analysis processes to compute the buckling load consist of a linear buckling analysis and a nonlinear post-buckling analysis. The buckling modes are evaluated by the linear buckling analysis, as using these modes, the buckling loads are computed by the nonlinear post-buckling analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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