Based on a non-linear model taking into account flexural-torsional couplings, analytical solutions are derived for lateral buckling of simply supported I beams under some representative load cases. A closed form is established for lateral buckling moments. It accounts for bending distribution, load height application and pre-buckling deflections. Coefficients $C_1$ and $C_2$ affected to these parameters are then derived. Regard to well known linear stability solutions, these coefficients are not constant but depend on another coefficient $k_1$ that represents the pre-buckling deflection effects. In numerical simulations, shell elements are used in mesh process. The buckling loads are achieved from solutions of eigenvalue problem and by bifurcations observed on non linear equilibrium paths. It is proved that both the buckling loads derived from linear stability and eigenvalue problem lead to poor results, especially for I sections with large flanges for which the behaviour is predominated by pre-buckling deflection and the coefficient $k_1$ is large. The proposed solutions are in good agreement with numerical bifurcations observed on non linear equilibrium paths.
In this paper, a conventional refined plastic hinge analysis is improved to account for the effects of local buckling and lateral-torsional buckling. The degradation of flexural strength caused by these effects is implicitly considered using practical LRFD equation. The second-order effect is captured using stability functions to minimize modeling and solution time. An incremental-iterative scheme based on the generalized displacement control method is employed to solve the nonlinear equilibrium equations. A computer program is developed to predict the second-order inelastic behavior of space steel frames. To verify the accuracy and efficiency of the proposed program, the obtained results are compared with the existing results and those generated using the commercial finite element package ABAQUS. It can be concluded that the proposed program proves to be a reliable and effective tool for daily use in engineering design.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.23
no.4
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pp.565-573
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1999
Hihg Tensile Steel enables to reduce the plate thickness comparing to the case when Mild Steel is used. From the economical view points this is very preferable since the reduction in the hull weight. however to use the High Tensile Steel effectively the plate thickness may become thin so that the occurrence of buckling is inevitable and design allowing plate buckling may be necessary. If the inplane stiffness of the plating decreases due to buckling the flexural rigidity of the cross sect6ion of a ship's hull also decreases. This may lead to excessive deflection of the hull girder under longitudinal bending. In these cases a precise estimation of plate's behavior after buckling is necessary and nonliner analysis of isolated and stiffened plates is required for structural sys-tem analysis. In this connection this paper discusses nonlinear behaviour of thin plate under thrust. Based on the analytical method elastic large deflection analysis of isolated plate is perform and simple expression are derived to evaluated the inplane rigidity of plates subjected to uniaxial compression.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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1996.09a
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pp.95-110
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1996
High Tensile Steel enables to reduce the plate thickness comparing to the case when Mild Steel is used. From the economical view point this is very preferable since the reduction in the hull weight. However to use the High Tensile Steel effectively the plate thickness may become thin so that the occurrence of buckling is inevitable and design allowing plate buckling may be necessary. If the inplane stiffness of the plating decreases due to buckling, buckling may be necessary. If the inplane stiffness of the plating decreases due to buckling the flexural rigidity of the cross section of a ship's hull also decreases. this may lead to excessive deflection of the hull girder under longitudinal bending. In these cases a precise estimation of plate's behavior after buckling is necessary and nonlinear analysis of isolated and stiffened plates is required for structural system analysis. In this connection this paper discusses nonlinear behaviour of thin plate under thrust. Based on the analytical method elastic large deflection analysis of isolated plate is perform and simple expression are derived to evaluate the inplane rigidity of plates subjected to uniaxial compression.
The paper investigates beam lateral buckling stability according to linear and non-linear models. Closed form solutions for single-symmetric cross sections are first derived according to a non-linear model considering flexural-torsional coupling and pre-buckling deformation effects. The closed form solutions are compared to a beam finite element developed in large torsion. Effects of pre-buckling deflection and gradient moment on beam stability are not well known in the literature. The strength of singly symmetric I-beams under gradient moments is particularly investigated. Beams with T and I cross-sections are considered in the study. It is concluded that pre-buckling deflections effects are important for I-section with large flanges and analytical solutions are possible. For beams with T-sections, lateral buckling resistance depends not only on pre-buckling deflection but also on cross section shape, load distribution and buckling modes. Effects of pre-buckling deflections are important only when the largest flange is under compressive stresses and positive gradient moments. For negative gradient moments, all available solutions fail and overestimate the beam strength. Numerical solutions are more powerful. Other load cases are investigated as the stability of continuous beams. Under arbitrary loads, all available solutions fail, and recourse to finite element simulation is more efficient.
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.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.12
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pp.614-621
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2019
A generalized laminated composite beam element is presented for the flexural and buckling analysis of laminated composite beams with double and single symmetric cross-sections. Based on shear-deformable beam theory, the present beam model accounts for transverse shear and warping deformations, as well as all coupling terms caused by material anisotropy. The plane stress and plane strain assumptions were used along with the cross-sectional stiffness coefficients obtained from the analytical technique for different cross-sections. Two types of one-dimensional beam elements with seven degrees-of-freedom per node, including warping deformation, i.e., three-node and four-node elements, are proposed to predict the flexural behavior of symmetric or anti-symmetric laminated beams. To alleviate the shear-locking problem, a reduced integration scheme was employed in this study. The buckling load of laminated composite beams under axial compression was then calculated using the derived geometric block stiffness. To demonstrate the accuracy and efficiency of the proposed beam elements, the results based on three-node beam element were compared with those of other researchers and ABAQUS finite elements. The effects of coupling and shear deformation, support conditions, load forms, span-to-height ratio, lamination architecture on the flexural response, and buckling load of composite beams were investigated. The convergence of two different beam elements was also performed.
Kim, Byung Jun;Park, Yong Myung;Mykyta, Kovalenko;Cho, Kwang Il
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.29
no.4
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pp.281-289
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2017
The current AASHTO LRFD and Eurocode 3 specifications have been found to underestimate the flexural strength of longitudinally reinforced plate girders. This is because the web-flange interaction is not considered appropriately when a web is reinforced. The buckling strength of compression flange increases due to the improved rotational restraint to the compression flange. Also, the compression flange and the longitudinal stiffener could constrain the web rotation, so that a certain area of the web reaches yield strength. In this study, a model for evaluating the flexural strength is proposed for plate girders reinforced with one line of longitudinal stiffeners, considering the increase of the buckling strength of the compression flange and the actual stress distribution of the web. The flexural strengths of the conventional steel(SM490) and the high-strength steel(HSB800) plate girders were evaluated from the nonlinear analysis and the applicability of the proposed model was analyzed.
To investigate the critical buckling load and post-buckling behavior of an axially loaded pile entirely embedded in soil, the non-linear large deflection differential equation for a pinned pile, based on the Winkler-model and the discretionary distribution function of the foundation coefficient along pile shaft, was established by energy method. Assuming that the deflection function was a power series of some perturbation parameter according to the boundary condition and load in the pile, the non-linear large deflection differential equation was transformed to a series of linear differential equations by using perturbation approach. By taking the perturbation parameter at middle deflection, the higher-order asymptotic solution of load-deflection was then found. Effect of ratios of soil depth to pile length, and ratios of pile stiffness to soil stiffness on the critical buckling load and performance of piles (entirely embedded and partially embedded) after flexural buckling were analyzed. Results show that the buckling load capacity increases as the ratios of pile stiffness to soil stiffness increasing. The pile performance will be more stable when ratios of soil depth to pile length, and soil stiffness to pile stiffness decrease.
In the present article, cross ply laminated composite plates are considered and a simple sinusoidal shear deformation model is tested for analyzing their flexural, stability and dynamic behaviors. The model contains only four unknown variables that are five in the first order shear deformation theory (FSDT) or other higher order models. The in-plane kinematic utilizes undetermined integral terms to quantitatively express the shear deformation influence. In the proposed theory, the conditions of zero shear stress are respected at bottom and top faces of plates without considering the shear correction coefficient. Equations of motion according to the proposed formulation are deduced by employing the virtual work principle in its dynamic version. The analytical solution is determined via double trigonometric series proposed by Navier. The stresses, displacements, natural frequencies and critical buckling forces computed using present method are compared with other published data where a good agreement between results is demonstrated.
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