Tubular construction is widely used in a range of civil and structural engineering applications. To date, the principal product range has comprised square, rectangular and circular hollow sections. However, hot-rolled structural steel elliptical hollow sections have been recently introduced and offer further choice to engineers and architects. Currently though, a lack of fundamental structural performance data and verified structural design guidance is inhibiting uptake. Of fundamental importance to structural metallic design is the concept of cross-section classification. This paper proposes slenderness parameters and a system of cross-section classification limits for elliptical hollow sections, developed on the basis of laboratory tests and numerical simulations. Four classes of cross-sections, namely Class 1 to 4 have been defined with limiting slenderness values. For the special case of elliptical hollow sections with an aspect ratio of unity, consistency with the slenderness limits for circular hollow sections in Eurocode 3 has been achieved. The proposed system of cross-section classification underpins the development of further design guidance for elliptical hollow sections.
Plate elements in fully profiled sandwich panels are generally subjected to local buckling failure modes and this behaviour is treated in design by using the conventional effective width method for plates with a width to thickness (b/t) ratio less than 100. If the plate elements are very slender (b/t > 1000), the panel failure is governed by wrinkling instead of local buckling and the strength is determined by the flexural wrinkling formula. The plate elements in fully profiled sandwich panels do not fail by wrinkling as their b/t ratio is generally in the range of 100 to 600. For this plate slenderness region, it was found that the current effective width formula overestimates the strength of the fully profiled sandwich panels whereas the wrinkling formula underestimates it. Hence a new effective width design equation has been developed for practical plate slenderness values. However, no guidelines exist to identify the plate slenderness (b/t) limits defining the local buckling, wrinkling and the intermediate regions so that appropriate design rules can be used based on plate slenderness ratios. A research study was therefore conducted using experimental and numerical studies to investigate the effect of plate slenderness ratio on the ultimate strength behaviour of foam supported steel plate elements. This paper presents the details of the study and the results.
Park, Yong Myung;Lee, Kun Joon;Choi, Byung Ho;Back, Sung Yong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.26
no.2
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pp.119-132
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2014
In this paper, a series of numerical analyses were performed to evaluate the flexural resistance of steel plate girder with longitudinally stiffened and slender web. The SM490 steel was adopted for the study and the flexural resistances evaluated from the numerical analysis were compared with those suggested by the AASHTO LRFD and the Eurocode 3 codes, respectively. It was found that the AASHTO LRFD code could considerably underestimate the flexural resistance as the web slenderness becomes smaller. This comes from the fact that current AASHTO LRFD code does not consider a possible increase of slenderness limits for compact and noncompct web, and also an additional effect of web restraint on the rotation of compression flange in longitudinally stiffened web. Therefore, the slenderness limits of web and flange have been newly proposed for the plate girders with longitudinally stiffened web and it is analytically verified that the flexural resistance can be appropriately estimated by applying the proposed slenderness limits to the AASHTO LRFD code.
When the lateral forces are applied to a frame, columns in the frame are usually accompanied with sidesway. If this sidesway is large, the frame is subjected to buckling and an early yielding of members which reduces the overall frame stiffness. In this study, numerical analysis of frames were conducted to evaluate the ultimate lateral strength of steel moment resisting frames permitted to sidesway under axial and lateral forces, and develope the procedure for determining the limits of column slenderness ratios. In the numerical analysis, the effects of the relative stiffness ratio between beam and column, deterioration of overall frame stiffness, slenderness ratio and loading conditions were considered. The elasto-plastic analysis method in which the $P-{\Delta}$effect is implemented, presented by the author previously, was adopted in the analysis. Incremental lateral forces were applied to the frame under constant axial loads and the generalized inverse is employed for the post-ultimate behavior.
Flange and web local buckling in beam plastic hinge regions of steel moment frames can prevent beam-column connections from achieving adequate plastic rotations under earthquake-induced forces. This threat is especially valid for existing steel moment frame buildings with beams that lack adequate flange/web slenderness ratios. As the use of fiber reinforced polymers (FRP) have increased in strengthening and repair of steel members in recent years, using FRPs in stabilizing local instabilities have also attracted attention. Previous computational studies have shown that longitudinally oriented glass FRP (GFRP) strips may serve to moderately brace beam flanges against the occurrence of local buckling during plastic hinging. An experimental study was conducted at Izmir Institute of Technology investigating the effects of GFRP reinforcement on local buckling behavior of existing steel I-beams with flange slenderness ratios (FSR) exceeding the slenderness limits set forth in current seismic design specifications and modified by a bottom flange triangular welded haunch. Four European HE400AA steel beams with a depth/width ratio of 1.26 and FSR of 11.4 were cyclically loaded up to 4% rotation in a cantilever beam test set-up. Both bare beams and beams with GFRP sheets were tested in order to investigate the contribution of GFRP sheets in mitigating local flange buckling. Different configurations of GFRP sheets were considered. The tests have shown that GFRP reinforcement can moderately mitigate inelastic flange local buckling.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1992.04a
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pp.85-88
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1992
In general, the strength and stiffness of laminated composite cylinderical shells are very sensitive to the variation of slenderness parameters, some coupling-stiffness parameters, lamination angles, stacking sequence and number of layers. In the paper, the effects of these factors on the strength and buckling reliabilities of GFRP laminated cyclinderical shells are investigated based on the proposed strength and buckling limit state models. It may be concluded that the applicable ranges of the slenderness limits of the strength and buckling failure criteria for laminated composite cylinderical shells should be indentified and incorporated into the design formula with appropriate safety factors which provide uniform consistent reliability for balanced design in practice.
Lee, Cheol Ho;Kang, Ki Yong;Kim, Sung Yong;Koo, Cheol Hoe
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.25
no.4
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pp.389-398
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2013
The structural provisions of rectangular CFT (concrete-filled tubular) columns in the 2005/2010 AISC Specification, ACI 318-08, and EC4 were comparatively analyzed as a preliminary study for establishing the unified standards for composite structures. The provisions analyzed included those related to the nominal strength, the effect of confinement, plate slenderness, effective flexural stiffness, and the material strength limitations. Small or large difference can be found among the provisions of AISC, ACI, and EC4. Generally, the 2010 AISC Specification provides the revised provisions which reflect up-to-date test results and tries to minimize the conflict with the ACI provisions. For example, the 2010 AISC Specification introduced a more finely divided plate slenderness limits for CFT columns. In seismic applications, the plate slenderness limits required for highly and moderately ductile CFT columns were separately defined. However, the upper cap limitations on material strengths in both the AISC and EC4 provisions are too restrictive and need to be relaxed considering the high-strength material test database currently available. This study found that no provisions reviewed in this paper provide a generally satisfactory method for predicting the P-M interaction strength of CFT columns under various material combinations. It is also emphasized that a practical constitutive model, which can reasonably reflect the stress-strain characteristics of confined concrete of rectangular CFT columns, is urgently needed for a reliable prediction of the P-M interaction strength.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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