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.
In the hogging bending moment area, continuous composite beams are subjected to the ultimate limit state of lateral-torsional buckling (LTB), which depends on web stiffness as well as concrete slab and shear connection stiffnesses. The design of the LTB and the determination of the elastic critical moment are produced approximately, using the European Standard EN 1994-1-1:2004, for continuous composite steel beams, but is applicable only for those with a plane web steel profile. Also, and from the previous researches, the elastic critical moment of the continuous composite beams with corrugated sinusoidal web steel profiles was determined. In this paper, a finite element analysis (FEA) model was developed using the ANSYS 16 software, to determine the elastic critical moments of continuous composite steel beams with various corrugated web profiles, such as trapezoidal, zigzag, and rectangular profiles, which were evaluated against numerical data of the sinusoidal one from the literature. Ultimately, the failure load of a composite steel beam with various web profiles was predicted by studying 46 models, based on FEA modeling, and a procedure for predicting the elastic critical moment of composite beams with various web steel profiles was proposed. When compared to sinusoidal web profiles, the trapezoidal, zigzag, and rectangular web profiles required an average increase in load capacity and stiffness of 7%, 17.5%, and 28%, respectively, according to the finite element analysis. Also, the rectangular web steel profile has a greater stiffness and load capacity. In contrast, the sinusoidal web has lower values for these characteristics.
Durif, Sebastien;Bouchair, Abdelhamid;Bacconnet, Claude
Steel and Composite Structures
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v.18
no.2
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pp.325-344
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2015
Experimental tests on cellular beams with sinusoidal openings showed two main failure modes around the openings. They concern the formation of four plastic hinges and the local instability of the sinusoidal part of the opening. In parallel, numerical analysis of the sinusoidal part of the opening revealed the existence of an elastic rotational restraint between the intermediate web-post and the adjacent opening panel. The aim of the present study is to present an approach to quantify this rotational restraint. Through the response surface method, a mathematical model is proposed. It shows a great ability to predict the rotational restraint value as a function of the geometrical parameters of the opening. This model can be used to perform an extensive study with various geometrical configurations of beams with the aim to develop a reliable and realistic analytical model predicting the resistance of the sinusoidal openings.
The underlying advantages of using thin-walled corrugatedwebs instead of plate girders with stiffeners are the elimination of instability problems associated with buckling of the thin-walled flat plate, and elimination of the need for transverse stiffeners, which alsoresults in economic advantages. This paper focuses on two aspects related to the structural design technique forsinusoidal corrugated web steel beams, and the optimum design of the beams using real-value genetic algorithms. The structural design process and design variables used in this optimization werecomposed with EN 1993-1-5, DASt-R015 standard and Pasternak et al. (2004), and the valid design capacity of shear buckling of the standards were compared. For the optimum structural design, the objective function, presented as the fullweight of the sinusoidal corrugated web beams, and the slenderness, member forces, and maximum deflection of the beam, were considered constraints. Finally, the simple beam under the uniform load was adopted as a numerical example, and the effective probability parameters of the genetic operators were considered to find the global minimum point.
Park, Han-Min;Lee, Hee-Du;Shin, Kyung-Jae;Lee, Swoo-Heon;Chae, Il Soo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.29
no.6
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pp.479-486
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2017
Steel beams with corrugated web have been widely used in the steel structures. However, it is challenging to weld the section between the corrugated web and the flange straight, which increases the cost of production. In order to solve this issue, steel beam with intaglio and embossed web (It is called an IEB) was invented. A web with embossment is produced by cold pressing and welded to flange by automatic welding machine. The loading tests were conducted to investigate the load-carrying capacity of IEB, and its test result was compared with that of H-shaped beam having a same size of flange and web. The test results of IEB series showed about 40% higher load capacities than H-shaped series. As a result of comparing the IEB specimen with Eurocodes for steel beams with corrugated web, all of specimens tested in this study did not meet the design value. Therefore, it is difficult to apply existing formula to IEB and new design formula should be presented for field application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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