Анализ методом конечных элементов холодногнутых стальных швеллеров со сплошными и щелевыми стенками, подверженных деформации стенок при внутреннем двухфланцевом нагружении.
Автор: Дегтярева Наталья
Журнал: Строительство уникальных зданий и сооружений @unistroy
Статья в выпуске: 2 (95), 2021 года.
Бесплатный доступ
Численное исследование было предпринято для изучения деформирующего поведения и пропускной способности холодногнутых стальных каналов с шахматными прорезями перфорации с их фланцами, не прикрепленными к опорам под внутренним двухфланцевым вариантом нагружения. Конечно-элементные модели были разработаны в ANSYS и проверены с использованием экспериментальных результатов. Исследовано влияние начальных геометрических дефектов на разрушающую способность полотна. Наиболее близкие возможности повреждения полотна для твердотельных моделей и моделей с прорезями к способностям повреждения полотна, полученным в результате испытаний, были получены для коэффициента масштабирования начального геометрического несовершенства -d1 / 150. Результаты показывают, что разработанные модели конечных элементов предсказали разрушающую способность полотна и формы отказов сплошных и щелевых каналов. Предложенные расчетные уравнения для перфорированных каналов хорошо согласуются с результатами КЭ. Однако формулы основаны на результатах испытаний ограниченного диапазона сечений и схем перфорации. КЭ-модели могут использоваться для исследования влияния различных геометрических и механических параметров щелевых каналов в дальнейших параметрических исследованиях.
Конструкция из холодногнутой стали, деформация стенок, холодногнутый стальной профиль, швеллеры, перфорированные стенки, прорези, швеллеры, метод конечных элементов, численное исследование
Короткий адрес: https://sciup.org/143175786
IDR: 143175786 | УДК: 69 | DOI: 10.4123/CUBS.95.2
Finite element analysis of cold-formed steel channels with solid and slotted webs subjected to web crippling under interior two flange load case
The numerical study was undertaken to investigate the web crippling behaviour and capacities of cold-formed steel channels with staggered slotted perforations with their flanges unfastened to the supports under the interior two flange load case. Finite element models were developed in ANSYS and validated using experimental results. The effect of initial geometric imperfections on the web crippling capacity was investigated. The closest web crippling capacities for the solid and slotted models to the web crippling capacities obtained from the tests were obtained for the scaling factor of the initial geometric imperfection of -d1/150. The results show that the developed finite element models predicted the web crippling capacities and failure mode shapes of the solid and slotted channels. Proposed design equations for perforated channels showed a good agreement with FE results. However, the formulas are based on the test results of a limited range of sections and perforation patterns. The FE models can be used to investigate the effects of various geometrical and mechanical parameters of the slotted channels in further parametric studies.
Список литературы Анализ методом конечных элементов холодногнутых стальных швеллеров со сплошными и щелевыми стенками, подверженных деформации стенок при внутреннем двухфланцевом нагружении.
- Höglund, T., Burstrand, H. Slotted steel studs to reduce thermal bridges in insulated walls. Thin-Walled Structures. 1998. 32(1–3). Pp. 81–109. DOI:10.1016/S0263-8231(98)00028-7. URL: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0263823198000287.
- Lipták-Váradi, J. Equivalent thermal conductivity of steel girders with slotted web. Periodica Polytechnica Civil Engineering. 2010. 54(2). Pp. 163. DOI:10.3311/pp.ci.2010-2.12. URL: https://pp.bme.hu/ci/article/view/508.
- LaBoube, R.A. RP02-9 Development of cost-effective, energy efficient steel framing: thermal performance of slit-web steel web studs. Research rep. AISI/Steel Framing Alliance2006.
- AISI. S200-12. North American Standard for Cold-Formed Steel Framing – General Provisions,. American Iron and Steel Institute. 2012. Pp. 49.
- Standard, E. Eurocode 3 - Design of steel structures - Part 1-3: General rules - Suplementary rules for cold-formed members and sheeting. Design. 2005.
- Russsian Code Design SP 260.1325800.2016 «Cold-formed thin-walled steel profile and galvanized corrugated plate constructions. Design rules». 2017.
- KESTI, J., DAVIES, J. Local and Distortional Buckling of Perforated Steel Wall Studs. Advances in Steel Structures (ICASS ’99). Elsevier, 1999. Pp. 367–374.
- Nazmeeva, T. V. Bearing capacity of compressed continuous and perforated thin-walled steel members of C-shaped cold-formed profiles. Magazine of Civil Engineering. 2013. 40(5). Pp. 44–51. DOI:10.5862/MCE.40.5. URL: https://engstroy.spbstu.ru/article/2013.40.5 (date of application: 24.12.2020).
- Sinelnikov, A.S. Reticular-stretched thermoprofile: a numerical and analytical study. Magazine of Civil Engineering. 2015. 57(05). Pp. 74–85. DOI:10.5862/MCE.57.7. URL: http://www.engstroy.spb.ru/index_2015_05/07.html.
- LaBoube, R.A. RP02-8 Development of Cost- Effective, Energy Efficient Steel Framing: Structural Performance of Slit-Web Steel Wall Studs. Circulation. 2006.
- Garifullin, M., Bronzova, M., Sinelnikov, A., Vatin, N. Buckling analysis of cold-formed c-shaped columns with new type of perforation. Advances and Trends in Engineering Sciences and Technologies - Proceedings of the International Conference on Engineering Sciences and Technologies, ESaT 2015. 2016. Pp. 63–68. URL: https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-84949908644&partnerID=40&md5=859d342008a2f0a9b2e48151be2f507f.
- Degtyarev, V. V., Degtyareva, N. V. Numerical simulations on cold-formed steel channels with flat slotted webs in shear. Part II: Ultimate shear strength. Thin-Walled Structures. 2017. 119. Pp. 211–223. DOI:10.1016/j.tws.2017.05.028. URL: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0263823116304554.
- Degtyareva, N., Gatheeshgar, P., Poologanathan, K., Gunalan, S., Tsavdaridis, K.D., Napper, S. New distortional buckling design rules for slotted perforated cold-formed steel beams. Journal of Constructional Steel Research. 2020. 168. Pp. 106006. DOI:10.1016/j.jcsr.2020.106006. URL: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0143974X19311332.
- Degtyareva, N., Gatheeshgar, P., Poologanathan, K., Gunalan, S., Shyha, I., McIntosh, A. Local buckling strength and design of cold-formed steel beams with slotted perforations. Thin-Walled Structures. 2020. 156. Pp. 106951. DOI:10.1016/j.tws.2020.106951. URL: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0263823120308296.
- Degtyareva, N., Gatheeshgar, P., Poologanathan, K., Gunalan, S., Lawson, M., Sunday, P. Combined bending and shear behaviour of slotted perforated steel channels: Numerical studies. Journal of Constructional Steel Research. 2019. 161. Pp. 369–384. DOI:10.1016/j.jcsr.2019.07.008. URL: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0143974X19305243.
- Degtyareva, N., Poologanathan, K., Mahendran, M. Web crippling tests of cold-formed steel channels with staggered web perforations. Thin-Walled Structures. 2021. 159. Pp. 107314. DOI:10.1016/j.tws.2020.107314. URL: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0263823120311812.
- Yu, W.-W., LaBoube, R.A. Cold-Formed Steel Design. Hoboken, NJ, USA, John Wiley & Sons, Inc., 2010. ISBN:9780470949825.
- Chen, Y., Chen, X., Wang, C. Experimental and finite element analysis research on cold-formed steel lipped channel beams under web crippling. Thin-Walled Structures. 2015. 87. Pp. 41–52. DOI:10.1016/j.tws.2014.10.017. URL: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0263823114003139.
- Macdonald, M., Heiyantuduwa Don, M.A., KoteŁko, M., Rhodes, J. Web crippling behaviour of thin-walled lipped channel beams. Thin-Walled Structures. 2011. 49(5). Pp. 682–690. DOI:10.1016/j.tws.2010.09.010. URL: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0263823110001667.
- Sundararajah, L., Mahendran, M., Keerthan, P. New design rules for lipped channel beams subject to web crippling under two-flange load cases. Thin-Walled Structures. 2017. 119. Pp. 421–437. DOI:10.1016/j.tws.2017.06.003. URL: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0263823117300721.
- Macdonald, M., Heiyantuduwa, M.A. A design rule for web crippling of cold-formed steel lipped channel beams based on nonlinear FEA. Thin-Walled Structures. 2012. 53. Pp. 123–130. DOI:10.1016/j.tws.2012.01.003. URL: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0263823112000067.
- Natário, P., Silvestre, N., Camotim, D. Computational modelling of flange crushing in cold-formed steel sections. Thin-Walled Structures. 2014. 84. Pp. 393–405. DOI:10.1016/j.tws.2014.07.006. URL: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0263823114002195.
- Elilarasi, K., Janarthanan, B. Effect of web holes on the web crippling capacity of cold-formed LiteSteel beams under End-Two-Flange load case. Structures. 2020. 25. Pp. 411–425. DOI:10.1016/j.istruc.2020.03.022. URL: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2352012420301053.
- Uzzaman, A., Lim, J.B.P., Nash, D., Rhodes, J., Young, B. Web crippling behaviour of cold-formed steel channel sections with offset web holes subjected to interior-two-flange loading. Thin-Walled Structures. 2012. 50(1). Pp. 76–86. DOI:10.1016/j.tws.2011.09.009. URL: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0263823111002254.
- Schafer, B.., Peköz, T. Computational modeling of cold-formed steel: characterizing geometric imperfections and residual stresses. Journal of Constructional Steel Research. 1998. 47(3). Pp. 193–210. DOI:10.1016/S0143-974X(98)00007-8. URL: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0143974X98000078.
- Kostenetskiy, P., Semenikhina, P. SUSU Supercomputer Resources for Industry and fundamental Science. 2018 Global Smart Industry Conference (GloSIC). 2018. Pp. 1–7. DOI:10.1109/GloSIC.2018.8570068. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/8570068/.