International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.377-389
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2017
Tests of the lateral and torsional stability are quite sensitive to the experimental conditions, such as support conditions and loading system. Controlling all of these conditions in a full-size test is a very challenging task. Therefore, in this paper, an experimental measurement method that can control the experimental conditions using a small-scale model was proposed to evaluate the lateral and torsional stability of beams. For this, a loading system was provided to maintain the vertical direction of the load applied to the beam, and a support frame was produced to satisfy the in-plane and out-of-plane support conditions. The experimental method using a small-scale model was applied successively to the lateral and torsional behavior and stability of I-shaped beams. The proposed experimental methods, which effectively accommodate the changes in the geometry and length of the beam, could contribute to further experimental studies regarding the lateral and torsional stability of flexural members.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.3
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pp.8-15
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2018
An experiment was carried out to evaluate the lateral torsional stability of a girder with respect to the location and magnitude of prestressing force. The test of evaluating the lateral displacement and stability of a girder could cause an unexpected result due to various parameters, such as material nonlinearity, initial geometric imperfections, prestressing force, and loading and support conditions. Therefore, a small model testing was programmed to control the various parameters and assess the lateral torsional stability with respect to the prestressing force. This study proposed and fabricated an experimental apparatus that can satisfy the loading and in-plane and out-of-plane support conditions and also contol the prestressing force. The result of the experiment showed that the lateral torsional stability increased when the prestressing force was applied in the bottom flange of the girder. As a result, this study proposed an analytical equation that can account for the effect of the prestressing force in the lateral torsional stability of a girder.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.7
no.3
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pp.103-114
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1990
Many high speed mechanical systems incorporate gearing for speed reduction. This study investigates the stability of mulit-rotor geared systems supported on oil film bearings taking into consideration the coupling between torsional and lateral dynamics. The emphasis of the study is on the analysis of the interaction between the combined torsional and whirl insta- bilities. The feasility of inducing a lateral and the torsional instability to neutralize an anticipated unstable condition is investigated. The possibility of suppressing the instabilities by controlling the parameters of the oil film bearings is also considered.
Beam-columns are structural members subjected to a combination of axial and bending forces. Lateral-torsional buckling is one of the main failure modes. Beam-columns that are bent about its strong axis may buckle out of the plane by deflecting laterally and twisting as the values of the applied loads reach a limiting state. Lateral-torsional buckling failure occurs suddenly in beam-column elements with a much greater in-plane bending stiffness than torsional or lateral bending stiffness. This study intends to establish a unique convenient closed-form equation that it can be used for calculating critical elastic lateral-torsional buckling load of beam-column in the presence of a known axial load. The presented equation includes first order bending distribution, the position of the loads acting transversely on the beam-column and mono-symmetry property of the section. Effects of axial loads, slenderness and load positions on lateral torsional buckling behavior of beam-columns are investigated. The proposed solutions are compared to finite element simulations where thin-walled shell elements including warping are used. Good agreement between the analytical and the numerical solutions is demonstrated. It is found out that the lateral-torsional buckling load of beam-columns with mono-symmetric sections can be determined by the presented equation and can be safely used in design procedures.
In this paper we deal with stability problems of any complex structure that can be modeled by beam and shell finite elements. We use for illustration the steel plate girders, which are used in bridge construction, and in industrial halls or building construction. Long spans, slender cross sections exposed to heavy loads, are all critical design points engineers must take into account. Knowing the critical load that will cause lateral torsional buckling of the girder, or load that can lead to web buckling, as an important scenario to consider in a design process.Many of such problem, including lateral torsional buckling with influence of lateral supports and their spacing on critical load can be solved by the proposed method. An illustrative study of web buckling also includes effects of position and spacing of transverse and longitudinal web stiffeners, where stiffeners can be modelled optionally using shell or frame elements.
Lateral-torsional buckling moment resistances of I-shaped stepped beams with continuous lateral top-flange bracing under a single point load on the top flange and negative end moments were investigated. Stepped beam factors and a moment gradient correction factor suggested by Park et al. (2003, 2004) were used to develop new lateral buckling formula for beam designs. From the investigation of finite element analysis (FEA), new lateral buckling formula of beams with singly or doubly stepped member changes and with continuous lateral top-flange bracing subjected to a single point load on top flange and end moments were developed. The new design equation includes the length-to-height ratio factor to account for the increase of lateral-torsional buckling moment resistance as the increase of length-to-height ratio of stepped beams. The calculation examples for obtaining lateral-torsional buckling moment resistance using the new design equation indicate that engineers should easily determine the buckling capacity of the stepped beams.
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.
A procedure for critical buckling moment of a tapered beam is proposed with the application of potential energy calculations using Ritz method. Respective solution allows to obtain critical moments initiating lateral buckling of the simply supported, modestly tapered steel I-beams. In particular, lateral-torsional buckling of beams with simultaneously tapered flanges and the web are considered. Detailed, numerical, parametric analyses are carried out. Typical engineering, uniformly distributed design loads are considered for three cases of the load, applied to the top flange, shear centre, as well as to the bottom flange. In addition simply supported beam under gradient moments is investigated. The parametric analysis of simultaneously tapered beam flanges and the web, demonstrates that tapering of flanges influences much more the critical moments than tapering of the web.
Mehmet Fethi Ertenli;Erdal Erdal;Alper Buyukkaragoz;Ilker Kalkan;Ceyhun Aksoylu;Yasin Onuralp Ozkilic
Steel and Composite Structures
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v.46
no.5
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pp.709-718
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2023
The absence of an important portion of the web plate in steel beams with multiple circular perforations, cellular beams, causes the web plate to undergo distortions prior to and during lateral torsional buckling (LTB). The conventional LTB equations in the codes and literature underestimate the buckling moments of cellular beams due to web distortions. The present study is an attempt to develop analytical methods for estimating the elastic buckling moments of cellular beams. The proposed methods rely on the reductions in the torsional and warping rigidities of the beams due to web distortions and the reductions in the weak-axis bending and torsional rigidities due to the presence of web openings. To test the accuracy of the analytical estimates from proposed solutions, a total of 114 finite element analyses were conducted for six different standard IPEO sections and varying unbraced lengths within the elastic limits. These analyses clearly indicated that the LTB solutions in the AISC 360-16 and AS4100:2020 codes overestimate the buckling loads of cellular beams within elastic limits, particularly at shorter span lengths. The LDB solutions in the literature and the Eurocode 3 LTB solution, on the other hand, provided conservative buckling moment estimates along the entire range of elastic buckling.
Saoula Abdelkader;Abdelrahmane B. Benyamina;Meftah Sid Ahmed
Steel and Composite Structures
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v.52
no.3
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pp.343-356
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2024
This paper presents an analytical solution for correctly predicting the Lateral-Torsional Buckling critical moment of simply supported castellated beams, the solution covers uniformly distributed loads combined with compressive loads. For this purpose, the castellated beam section with hexagonal-type perforation is treated as an arrangement of double "T" sections, composed of an upper T section and a lower T section. The castellated beam with regular openings is considered as a periodic repeating structure of unit cells. According to the kinematic model, the energy principle is applied in the context of geometric nonlinearity and the linear elastic behavior of materials. The differential equilibrium equations are established using Galerkin's method and the tangential stiffness matrix is calculated to determine the critical lateral torsional buckling loads. A Finite Element simulation using ABAQUS software is performed to verify the accuracy of the suggested analytical solution, each castellated beam is modelled with appropriate sizes meshes by thin shell elements S8R, the chosen element has 8 nodes and six degrees of freedom per node, including five integration points through the thickness, the Lanczos eigen-solver of ABAQUS was used to conduct elastic buckling analysis. It has been demonstrated that the proposed analytical solution results are in good agreement with those of the finite element method. A parametric study involving geometric and mechanical parameters is carried out, the intensity of the compressive load is also included. In comparison with the linear solution, it has been found that the linear stability underestimates the lateral buckling resistance. It has been confirmed that when high axial loads are applied, an impressive reduction in critical loads has been observed. It can be concluded that the obtained analytical solution is efficient and simple, and offers a rapid and direct method for estimating the lateral torsional buckling critical moment of simply supported castellated beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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