Roy, Krishanu;Ting, Tina Chui Huon;Lau, Hieng Ho;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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제28권2호
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pp.233-250
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2018
Back-to-back built-up cold-formed steel un-lipped channel sections are used in cold-formed steel structures; such as trusses, wall frames and portal frames. In such built-up columns, intermediate fasteners resist the buckling of individual channel-sections. No experimental tests or finite element analyses have been reported in the literature for back-to-back built-up cold-formed steel un-lipped channel sections and specially investigated the effect of screw spacing on axial strength of such columns. The issue is addressed in this paper. The results of 95 finite element analyses are presented covering stub to slender columns. The finite element model is validated against the experimental tests recently conducted by authors for back-to-back built-up cold-formed steel lipped channel sections. The verified finite element model is then used for the purposes of a parametric study to investigate the effect of screw spacing on axial strength of back-to-back built-up cold-formed steel un-lipped channel sections. Results are compared against the built-up lipped channel sections and it is shown that the axial strength of un-lipped built-up sections are 31% lesser on average than the built-up lipped channel sections. It was also found that the American Iron and Steel Institute (AISI) and the Australian and New Zealand Standards were over-conservative by around 15% for built-up columns failed through overall buckling, however AISI and AS/NZS were un-conservative by around 8% for built-up columns mainly failed by local buckling.
This paper describes a series of compression tests performed on cold-formed steel channel sections with perforations in the web (thermal studs) fabricated from a galvanized steel plate whose thickness ranged from 1.0 mm to 1.6 mm and nominal yield stress was 295 MPa. The structural behavior and performance of thermal studs undergoing local, distortional, or flexural-torsional buckling were investigated experimentally and analytically. The compression tests indicate that the slits in the web had significant negative effects on the buckling and ultimate strength of thin-walled channel section columns. The compressive strength of perforated thermal studs was estimated using equivalent solid channel sections of reduced thickness instead of the studs. The direct strength method, a newly developed and adopted alternative to the effective width method for designing cold-formed steel sections in the AISI Standard S100 (2004) and AS/NZS 4600 (Standard Australia 2005), was calibrated to the test results for its application to cold-formed channel sections with slits in the web. The results verify that the DSM can predict the ultimate strength of channel section columns with slits in the web by substituting equivalent solid sections of reduced thickness for them.
Yousefi, Amir M.;Lim, James B.P.;Uzzaman, Asraf;Lian, Ying;Clifton, G. Charles;Young, Ben
Steel and Composite Structures
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제21권3호
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pp.629-659
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2016
In cold-formed stainless steel lipped channel-sections, web openings are becoming increasingly popular. Such openings, however, result in the sections becoming more susceptible to web crippling, especially under concentrated loads applied near the web opening. This paper presents the results of a finite element parametric study into the effect of circular web openings on the web crippling strength of cold-formed stainless steel lipped channel-sections for the interior-one-flange (IOF) loading condition. This involves a bearing load applied to the top flange of a length of member, away from the end supports. The cases of web openings located centred beneath the bearing load (i.e. beneath the bearing plate delivering the load) and offset to the bearing plate, are considered. Three grades of stainless steel are considered: duplex EN1.4462, austenitic EN1.4404 and ferretic EN1.4003. In total, 2218 finite element models were analyzed. From the results of the parametric study, strength reduction factors for load bearing capacity are determined, where these reduction factors are applied to the bearing capacity calculated for a web without openings, to take account the influence of the web openings. The strength reduction factors are first compared to equations recently proposed for cold-formed carbon steel lipped channel-sections. It is shown that for the case of the duplex grade, the strength reduction factor equations for cold-formed carbon steel are conservative but only by 2%. However, for the cases of the austentic and ferritic grades, the cold-formed carbon steel equations are around 9% conservative. New strength reduction factor equations are proposed for all three stainless steel grades.
Barkhori, Moien;Maleki, Shervin;Mirtaheri, Masoud;Nazeryan, Meissam;Kolbadi, S.Mahdi S.
Structural Engineering and Mechanics
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제74권3호
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pp.445-455
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2020
Shear lag phenomenon has long been taken into consideration in various structural codes; however, the AISC provisions have not proposed any specific equation to calculate the shear lag ratio in some cases such as fillet-welded connections of front-to-front double channel sections. Moreover, those equations and formulas proposed by structural codes are based on the studies that were conducted on riveted and bolted connections, and can be applied to single channel sections whilst using them for fillet-welded double channels would be extremely conservative due to the symmetrical shape and the fact that bending moments will not develop in the gusset plate, resulting in less stress concentration. Numerical models are used in the present study to focus on parametric investigation of the shear lag effect on fillet-welded tension connection of double channel section to a gusset plate. The connection length, the eccentricity of axial load, the free length and the thickness of gusset plate are considered as the key factors in this study. The results are then compared to the estimates driven from the AISC-LRFD provisions and alternative equations are proposed.
Cold-formed channel sections are used in a variety of applications in which they are required to absorb deformation energy. This paper investigates the collapse behaviour and energy absorption capability of cold-formed steel channels with flange edge stiffeners under large deformation major-axis bending. The Yield Line Mechanism technique is applied using the energy method, and based upon measured spatial plastic collapse mechanisms from experiments. Analytical solutions for the collapse curve and in-plane rotation capacity are developed, and used to model the large deformation behaviour and energy absorption. The analytical results are shown to compare well with experimental values. Due to the complexities of the yield line model of the collapse mechanism, a simplified procedure to calculate the energy absorbed by channel sections under large bending deformation is developed and also shown to compare well with the experiments.
Valsa Ipe, T.;Sharada Bai, H.;Manjula Vani, K.;Zafar Iqbal, Merchant Mohd
Steel and Composite Structures
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제14권2호
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pp.105-120
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2013
Flexural behavior of thin walled steel-concrete composite sections as cross sections for beams is investigated by conducting an experimental study supported by applicable analytical predictions. The experimental study consists of testing up to failure, simply supported beams of effective span 1440 mm under two point loading. The test specimens consisted of composite box and channel (with lip placed on tension side and compression side) sections, the behavior of which was compared with companion empty sections. To understand the role of shear connectors in developing the composite action, some of the composite sections were provided with novel simple bar type and conventional bolt type shear connectors in the shear zone of beams. Two RCC beams having equivalent ultimate moment carrying capacities as that of composite channel and box sections were also considered in the study. The study showed that the strength to weight ratio of composite beams is much higher than RCC beams and ductility index is also more than RCC and empty beams. The analytical predictions were found to compare fairly well with the experimental results, thereby validating the applicability of rigid plastic theory to cold-formed steel concrete composite beams.
Models of cross-sections and channels were made in order to measure seepage losses. Cross-sections were made of sand, sandy clay loam and loam, their thicknesses being 30cm and 40cm, respectively. Flow depths kept in the cross-sections were 4cm, 6cm, 8cm and 10cm. Straight and curved channel models were provided so as to measure seepage losses, when constant water depths maintained at the heads of the channels were 7.3cm and 5.7cm, respectively. The results obtained in this experiment are presented as follows: 1) A cumulative seepage loss per unit length at a point in the channel varies in accordance with time and flow depth. The general equation of cumulative seepage loss may be as follows(Ref. to Table V.25): $$q_{cum}=\int_{o}^aq(a)dt+\int_a^bq(b)dt+\int_b^tq(c)dt$$ 2) In case that the variation of water depth through the channel is slight, the total seepage loss may be computed by applying the following general equation: $$\={q}_{cum}{\cdot}x=\int_o^tq_{cum}\frac{{\partial}x}{{\partial}t}dt$$ 3) Because seepage loss varies considerably according to water depth in case that the variation of flow depth through the channel is great, seepage loss should be computed by taking account of the change of flow depth. 4) The relation between time and traveling distance of water flow may be presented as the following general equation(Ref. to Table V.29): $$x=pt^r$$ 5) The ratios of the seepage losses of the straight channel to the curved channel are 1:1.03 for a flow depth of 7.3cm and 1:1.068 for that of 5.7cm. 6) The ratios of the seepage losses occurring through the bottom to those through the inclined plane in the channel cross-section are 1:2.24 for a water depth of 8cm and 1:2.47 for a depth of 10cm in case that soil-layer is 30cm in thickness. Similarly, those ratios are 1:2.62 and 1:2.93 in case of a soil-layer thickness of 40cm(Ref. to Table V.5).
This article presents the behaviour and design of cold-formed steel (CFS) web-stiffened lipped channel beams that primarily fail owing to the buckling interaction of distortional and global buckling modes. The incorporation of an intermediate stiffener in the web of the lipped channel improved the buckling performance leads to distortional buckling at intermediate length beams. The prediction of the strength of members that fail in individual buckling modes can be easily determined using the current DSM equations. However, it is difficult to estimate the strength of members undergoing buckling interactions. Special attention is required to predict the strength of the members undergoing strong buckling interactions. In the present study, the geometric dimensions of the web stiffened lipped channel beam sections were chosen such that they have almost equal distortional and global buckling stresses to have strong interactions. A validated numerical model was used to perform a parametric study and obtain design strength data for CFS web-stiffened lipped channel beams. Based on the obtained numerical data, an assessment of the current DSM equations and the equations proposed in the literature (for lipped channel CFS sections) is performed. Suitable modifications were also proposed in this work, which resulted in a higher level of design accuracy to predict the flexural strength of CFS web stiffened lipped channel beams undergoing distortional and global mode interaction. Furthermore, reliability analysis was performed to confirm the reliability of the proposed modification.
Yousefi, Amir M.;Uzzaman, Asraf;Lim, James B.P.;Clifton, G. Charles;Young, Ben
Steel and Composite Structures
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제23권3호
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pp.363-383
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2017
In cold-formed stainless steel lipped channel-sections, use of web openings for service purposes are becoming increasingly popular. Web openings, however, result in the sections becoming more susceptible to web crippling. This paper presents a finite element investigation into the web crippling strength of cold-formed stainless steel lipped channel-sections with circular web openings under the interior-two-flange (ITF) loading condition. The cases of web openings located centred and offset to the bearing plates are considered in this study. In order to take into account the influence of the circular web openings, a parametric study involving 2,220 finite element analyses was performed, covering duplex EN1.4462, austenitic EN1.4404 and ferritic EN1.4003 stainless steel grades. From the results of the parametric study, strength reduction factor equations are proposed. The strengths obtained from reduction factor equations are first compared to the strengths calculated from the equations recently proposed for cold-formed carbon steel lipped channel-sections. It is demonstrated that the strength reduction factor equations proposed for cold-formed carbon steel are unconservative for the stainless steel grades by up to 17%. New coefficients for web crippling strength reduction factor equations are then proposed that can be applied to all three stainless steel grades.
The aim of this study is to investigate the effect of stiffened element and edge stiffener in the behaviour and flexural strength of built-up cold-formed steel beams. An experimental and analytical analysis of CFS channel sections in four different geometries is conducted, including simple channel sections, a stiffened channel section with or without edge stiffeners. Nonlinear finite element models are developed using finite element analysis software package ANSYS. The FEA results are verified with the experimental results. Further, the finite element model is used for parametric studies by varying the depth, thickness, and the effect of stiffened element, edge stiffener and their interaction with compression flanges on stiffened built-up cold-formed steel beams with upright edge stiffeners. In addition, the flexural strength predicted by the finite element analysis is compared with the design flexural strength calculated by using the North American Iron and Steel Institute Specifications for cold-formed steel structures (AISI: S100-2007) and suitable suggestion is made.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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