Because steel plate girder bridge has big slenderness ratio, buckling is a major design factor. The objective of this study is to analyze the buckling behaviors of plate girder with I-girder and corrugated steel web and to examine the advantages of plate girder with corrugated steel web. Various parametric study according to the change of web height, web thickness, and load condition are examined. It is shown that plate girder with corrugated steel web is more effective than plate girder with I-girder and proper corrugated angle(${\theta}$) is $15^{\circ}{\sim}22^{\circ}$.
Kalali, Hamed;Hajsadeghi, Mohammad;Zirakian, Tadeh;Alaee, Farshid J.
Steel and Composite Structures
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v.19
no.2
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pp.277-292
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2015
Previous research has shown that steel plate shear walls (SPSWs) are efficient lateral force-resisting systems against both wind and seismic loads. A properly designed SPSW can have high initial stiffness, strength, and energy absorption capacity as well as superior ductility. SPSWs have been commonly designed with unstiffened and stiffened infill plates based on economical and performance considerations. Recent introduction and application of corrugated plates with advantageous structural features has motivated the researchers to consider the employment of such elements in stiffened SPSWs with the aim of lowering the high construction cost of such high-performing systems. On this basis, this paper presents results from a numerical investigation of the hysteretic performance of SPSWs with trapezoidally corrugated infill plates. Finite element cyclic analyses are conducted on a series of flat- and corrugated-web SPSWs to examine the effects of web-plate thickness, corrugation angle, and number of corrugation half-waves on the hysteretic performance of such structural systems. Results of the parametric studies are indicative of effectiveness of increasing of the three aforementioned web-plate geometrical and corrugation parameters in improving the cyclic response and energy absorption capacity of SPSWs with trapezoidally corrugated infill plates. Increasing of the web-plate thickness and number of corrugation half-waves are found to be the most and the least effective in adjusting the hysteretic performance of such promising lateral force-resisting systems, respectively. Findings of this study also show that optimal selection of the web-plate thickness, corrugation angle, and number of corrugation half-waves along with proper design of the boundary frame members can result in high stiffness, strength, and cyclic performances of such corrugated-web SPSWs.
Conventional plate I-girders are sensitive to local buckling of the web when they are subjected mainly to shear action because the slenderness of the web in out-of-plane direction is much bigger. The local buckling of the web can also cause the distorsion of the plate flange under compression as a thin-walled plate has very low torsional stiffness due to its open section. A new I-girder consisted of corrugated web, a concrete-filled rectangular tubular flange under compression and a plate flange under tension is presented to improve its resistance to local buckling of the web and distorsion of the flat plate flange under compression. Experimental tests on a conventional plate I-girder and a new presented I-girder are conducted to study the failure process and the failure mechanisms of the two specimens. Strain developments at some critical positions, load-lateral displacement curves, and load-deflection curves of the two specimens have all be measured and analyzed. Based on these results, the failure mechanisms of the two kinds of I-girders are discussed.
Corrugated steel plate shear wall (CSPSW) as an innovative lateral load resisting system provides various advantages in comparison with the flat steel plate shear wall, including remarkable in-plane and out-of-plane stiffnesses and stability, greater elastic shear buckling stress, increasing the amount of cumulative dissipated energy and maintaining efficiency even in large story drifts. Employment of low yield point (LYP) steel web plate in steel shear walls can dramatically improve their structural performance and prevent early stage instability of the panels. This paper presents a comprehensive structural performance assessment of corrugated low yield point steel plate shear walls having circular openings located in different positions. Accordingly, following experimental verification of CSPSW finite element models, several trapezoidally horizontal CSPSW (H-CSPSW) models having LYP steel web plates as well as circular openings (for ducts) perforated in various locations have been developed to explore their hysteresis behavior, cumulative dissipated energy, lateral stiffness, and ultimate strength under cyclic loading. Obtained results reveal that the rehabilitation of damaged steel shear walls using corrugated LYP steel web plate can enhance their structural performance. Furthermore, choosing a suitable location for the circular opening regarding the design purpose paves the way for the achievement of the shear wall's optimal performance.
In long span steel structure, the plate girder reinforced with stiffeners are commonly used. When choosing the cross section with deep depth of girder as well as narrow width, however, out of plane buckling can be a problem due to web slenderness. In an effort to solve this issue, current study determined the applicability of using corrugated web girder with deep depth as bending member, which is generally being utilized in both factory and warehouse nationwide. To accomplish this, we performed the loading test of H-shaped beam with sinusoidal corrugated web. Corrugated web CP-2.3 specimen exhibited 12% less maximal bending strength but CP-3.2 specimen exerted 24% increase in strength compared to plate web P-4.5. this result indicates that corrugated web provides enough strength even with unfavorable width-thickness ratio of plate. And bending as well as shear strength estimated by the Eurocode (EN 1993-1-5) were compared with both bending strength by loading test and shear strength estimated by KBC2009. In case of eurocode, increase in plate thickness did not help in bending performance improvement. moreover, shear performance was sensitive to the thickness of the web folds and the shape of the web plate.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.04a
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pp.513-520
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2003
As a trapezoidal corrugated steel plate has the sufficient stiffness out of plane direction without shear stiffener or thick plate, a use in the web of bridge structure is on the increase. However, there are no domestic design guides for shear buckling strength of corrugated plates. Therefore, foreign design specifications are analyzed about application methods and a numerical parametric study is used to get the relationship of the shear strength and geometric boundary conditions for corrugated plates. Elastic buckling finite element analysis is executed through eigenvalue analysis using the eight nodes five freedoms thin shell element. Parameters such as the width and height of panel and the thickness and height of web, are determined considering the factors to influence on the buckling of corrugated plate. Accuracy of shear buckling analysis is evaluated with theory of foreign buckling equations.
Gill, Heung Bae;Lee, Seung Rok;Lee, Hak Eun;Lee, Pil Goo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.15
no.5
s.66
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pp.591-601
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2003
Because of their high out-of-plane and in-planes strength, trapezoidally corrugated plates have been increasingly used in buildings and bridges. If corrugated plates are used as the web of plate girders or prestressed concrete box girders, the flanges take most of the bending stress. On the other hand, the corrugated plate web supports shear stress due to the accordion effect. The corrugated plate web could fail by three different buckling modes: global, local, or interactive shear buckling. To determine the effects of geometric parameters on the buckling capacity of the corrugated plates, a parametric study was performed using finite dement method. The analysis results showed that the buckling capacity and modes depend on individual parameters as well as combinations of parameters.
Kim, Seungjun;Jeon, Jin Su;Won, Deok Hee;Kang, Young Jong
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.6A
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pp.347-354
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2012
In this study, the equations of torsional and warping constants of a I-shaped plate girder with sine corrugated web are suggested. Because of geometric characteristics of the section, a I-shaped plate girder with corrugated web shows high out-of-plane stiffness, shear strength, and torsional stiffness. Torsional constant and warping constant definitely affect lateral-torsional buckling loads. Therefore, exact estimation of the sectional properties is quite important. But, it is difficult to estimate these properties by former methods. So, this study was focused on suggestion of the rational equations to calculate torsional and warping constants. In order to investigate the effects of geometric characteristics of sine-corrugated webs on torsional stiffness and warping torsional constant, finite element analyses for pure torsional behavior and warping torsional behavior of I-shaped plate girders were performed. By regression analyses of the analytical results, rational equations of the torsional constant and warping constant were suggested. Suggested equations for the properties were validated based on the analytical results of lateral-torsional buckling of simply supported I-shaped plate girder. By suggested equations, torsional and warping constants of I-shaped plate girders with a sine-corrugated web can be rationally estimated and more exact lateral-torsional buckling load can be simply calculated.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.18
no.1
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pp.101-108
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2018
The purpose of this study was to analyze some parameters' effects on buckling behavior of Sinusoidal Corrugated Web using finite element analysis program. Studying buckling behavior is one of the most important things to design sinusoidal corrugated web girders and predict the shear performance. In this paper, Four parameters of Sinusoidal Corrugated Web, which are thickness($t_w$), height($h_w$), wave height(${\alpha}_3$) and wave length(w), were selected for buckling behavior analysis. Via buckling analysis, it is shown that $t_w$, $h_w$ and ${\alpha}_3$ have influence on shear buckling stress, Initial stiffness and reduced strength after buckling.
Major engineering requirements and technological developments in the steel construction industry are discussed to support a new innovative system, namely corrugated web beams, for future structural projections. These new-generation steel beams, fabricated as welded plate girders with corrugated webs, are designed to combine large spans with very low weight. In the present study, the flexural capacity of optimally designed trapezoidal and sinusoidal corrugated web beams was aimed at. For this purpose, the new metaheuristic methods, specifically hunting search and firefly algorithms, were used for the minimum weight design of both beams according to the rules of Eurocode EN 1193 15 and DASt-Ri 015. In addition, the strengthening effects of the corrugation geometry at the web posts on the load capacity of fabricated steel beams were tested in a reaction frame. The experimental tests displayed that the lateral capacity of trapezoidal web beams is more durable under flexural loads compared to sinusoidal web beams. These thin-walled beams were also simulated using a 3-D finite element model with plane strain to validate test results and describe the effectiveness of the ABAQUS software.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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