Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.04a
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pp.147-151
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2003
In this study, we discussed the local buckling behavior of pultruded structural flexural members. Previous works were briefly reviewed and the local buckling behavior of orthotropic box-shape flexural members was discussed. The simplified form of equation for finding the width ratio of plate element of box-shape flexural members in which all plate components buckle simultaneously was proposed and the macro flow-chart for finding local buckling strength of pultruded flexural members was also suggested. To establish the design guide line for the local buckling of pultruded flexural members, further studies need to be performed as follows; the simplified form of solutions for finding the minimum buckling coefficient of orthotropic plate with various loading and boundary conditions including rotationally restrained boundary conditions, the simplified form of equation for calculating the coefficient of restraint provided by the adjacent plate elements.
This paper describes the moment capacity of flexural members with local buckling based on a series of FE and experiment results. Thin-walled flexural members undergo local, lateral-torsional, or interactive buckling according to the section geometries and lateral boundary conditions. Flexural members with large width-to-thickness ratios in the flanges or the web may undergo local buckling before lateral-torsional buckling. Local buckling has a negative effect on the flexural strength based on the lateral-torsional buckling of flexural members. This phenomenon should be considered in the estimation of the flexural strength of thin-walled sections. Flexural members with various width-to-thickness ratios in their flanges and web were analyzed. Initial imperfections in the local buckling mode, and residual stresses, were included in the FE analyses. Simple bending moment formulae for flexural members were proposed based on the FE and test results to account for local and lateral-torsional buckling. The proposed bending moment formulae for the thin-walled flexural members in the Direct Strength Method use the empirical strength formula and the grosssection modulus. The ultimate flexural strengths predicted by the proposed moment formulae were compared with the AISC (2005), Eurocode3 (2003), and Korean Highway Bridge Design Specifications (2010). The comparison showed that the proposed bending moment formulae can reasonably predict the ultimate moment capacity of thin-walled flexural members.
An unbraced cantilever beam subjected to loads which cause bending about the major axis may buckle in a flexuraltorsional mode by deflecting laterally and twisting. For the efficient design of these structures, design engineers require a simple accurate equation for the elastic flexural-torsional buckling load. Existing solutions for the flexural-torsional buckling of cantilever beams have mainly been derived by numerical methods which are tedious to implement. In this research, an attempt is made to derive a theoretical equation by the energy method using different buckled shapes. However, the results of a finite element flexural-torsional buckling analysis reveal that the buckled shapes for the lateral deflection and twist rotation are different for cantilever beams. In particular, the buckled shape for the twist rotation also varies with the section size. In light of these findings, the finite element flexural-torsional buckling analysis was then used to derive simple accurate equations for the elastic buckling load and moment for cantilever beams subjected to end point load, uniformly distributed load and end moment. The results are compared with previous research and it was found that the equations derived in this study are accurate and simple to use.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.54-59
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2001
This paper presents an analytical investigation pertaining to the elastic buckling behavior of pultruded fiber reinforced plastic equal-leg angle members under concentric axial compression. The elastic local and global buckling (flexural, torsional, and flexural-torsional) analyses are conducted, respectively, and the analytical results are compared with the existing experimental results. The differences were more than 10%, and the experimental results were higher than the analytical results.
Current design standards do not provide adequate guidelines for the fire design of cold-formed steel compression members subject to flexural-torsional buckling. Eurocode 3 Part 1.2 (2005) recommends the same fire design guidelines for both hot-rolled and cold-formed steel compression members subject to flexural-torsional buckling although considerable behavioural differences exist between cold-formed and hot-rolled steel members. Past research has recommended the use of ambient temperature cold-formed steel design rules for the fire design of cold-formed steel compression members provided appropriately reduced mechanical properties are used at elevated temperatures. To assess the accuracy of flexural-torsional buckling design rules in both ambient temperature cold-formed steel design and fire design standards, an experimental study of slender cold-formed steel compression members was undertaken at both ambient and elevated temperatures. This paper presents the details of this experimental study, its results, and their comparison with the predictions from the current design rules. It was found that the current ambient temperature design rules are conservative while the fire design rules are overly conservative. Suitable recommendations have been made in relation to the currently available design rules for flexural-torsional buckling including methods of improvement. Most importantly, this paper has addressed the lack of experimental results for slender cold-formed steel columns at elevated temperatures.
Denise-Penelope N. Kontoni;Ali Ghamari;Chanachai Thongchom
Steel and Composite Structures
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v.47
no.2
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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.
In this paper, multi-story buildings with shear-wall structures and with narrow rectangular plane configuration are modeled as a multi-step flexural-shear plate with varying cross-section for buckling analysis. The governing differential equation of such a plate is established. Using appropriate transformations, the equation is reduced to analytically solvable equations by selecting suitable expressions of the distribution of stiffness. The exact solutions for buckling of such a one-step flexural-shear plate with variable stiffness are derived for several cases. A new exact approach that combines the transfer matrix method and closed from solution of one-step flexural-shear plate with continuously varying stiffness is presented for stability analysis of multi-step non-uniform flexural-shear plate. A numerical example shows that the present methods are easy to implement and efficient.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.1A
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pp.99-106
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2006
Due to single symmetry of cross section, T-shaped members are likely to buckle in a flexural-torsional mode when they are subjected to axial compression. Therefore, the flexural-torsional buckling can be regarded as a governing mode of global buckling. An experimental program has been carried out to investigate the flexural-torsional buckling behavior of pultruded T-shaped members. Two types of pultruded members were tested in the experiment, and they were made of either E-glass/vinylester or E-glass/polyester. Lay-up and thickness of reinforcing layers, volume fractions of each constituents in layers, mechanical properties were experimentally determined. Two sets of knife edge fixure were used to simulate simple support condition for flexure and twisting, and the lateral displacements and the angle of twist were measured using three potentiometers. Every specimen buckled in a flexural-torsional mode, and most of the specimens showed post-buckling strength.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.10
no.2
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pp.1-5
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2010
The efficient beam members for modern greenhouse need to be much lightweight with the required flexural and buckling strength. To confirm the applicability and practicality of the trussed web beam recently proposed for column and beam members of greenhouse, the flexural behavior and buckling characteristics were analyzed by the finite element approach. On the basis of analytical studies, the member design process was presented considering the lateral and local buckling behavior. Also, two improved alternatives which were capable of retaining the lateral and local buckling effectively were suggested.
In relation to concentrically loaded compression, this research is to describe, analyze, and evaluate the design strength in steel stud. The similarity and difference among load and resistance factor design specification for cold-formed steel structural members (AISI), cold-formed thin gauge members and sheeting (EC3 part 1.3), and German draft (DASt-Richtlinie 016) are introduced, discussed, and systematically evaluated. Especially, the effective width and global instability problems (flexural buckling and torsional flexural buckling) are here implied in this research. The design axial strength by dual standards (AISI and EC3) is calculated and compared using the example.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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