Lateral Torsional Buckling of Steel I-Section Cellular Beams

Abstract

ABSTRACT: Cellular beams are usually desirable in places where there are services below the ceiling and the openings allow services to pass through without increasing the floor height or building height. Architects also prefer this type of members due to their aesthetic look. After the cutting, shifting and welding of these members, there will be changes to their cross sectional slenderness since due to the heat, they experience through the cutting and welding process hence they may be subjected to different types of failure modes. In this study the lateral torsional buckling (LTB) failure mode of steel cellular beams is investigated. The LTB can cause partial failure or whole failure in the structure. An experimental steel section was verified using finite element software (Abaqus). The shell element for finite element (FE) modeling was used. FE analysis results showed a good agreement with the experimental test results. Based on the verified section, more members were modeled to study their behaviors against LTB. Some modifications were introduced to these sections in order to decrease the risks of LTB failure mode. The aim of this study, is to find ways of reducing the risks of lateral torsional buckling on perforated sections. Instead of the usual beam stiffeners, T-shaped stiffeners were used as a substitute for the beam. This kind of stiffener is a very good way of simulating the secondary to main beam connection in real life. Furthermore, the stiffener thicknesses of different values were used to see their effects on displacements. It was found that the use of T-shaped stiffeners with the increase in the thickness of stiffeners, significantly reduce the lateral displacements as well as the occurrence of lateral torsional buckling. Keywords: Finite element, Cellular beams, Lateral torsional buckling, Stiffeners. ………………………………………………………………………………………………………………………… ÖZ: Tavan altında tesisat borularının bulunduğu yerlerde dairesel delikli kirişler bu boruların geçişini sağlamakta ve bu uygulama binanın kat yüksekliğini artırmadığı için tercih edilmektedir. Dairesel delikli kirişlerin mimarlar tarafından tercih edilmesinin en önemli nedeni de bu tür kirişlerin daha estetik görünmeleridir.

Elemanların doğrudan üretimi yerine, piyasada mevcut I enkesitlerin belli şekillerde kesilip kaydırdıktan sonra kaynaklanması neticesinde elde edilmesi nedeniyle bu aktivitelerden kaynaklı olarak enkesit narinliklerinde değişimler oluşmakta bu da üretilen kesitte kesite bağlı farklı kopma modlarını oluşturabilir. Bu araştırmada celik dairesel delikli kirişlerin yanal burulmadan dolayı kırılma modları incelenmiştir. Kirişlerde yanal burulma bir yapının bölgesel veya tümden çökmesine neden olabilir. Sonlu elemanlar (Abaqus) kullanılarak önceden deneysel verilerle elde edilmiş bir celik kiriş kesiti doğrulanmıştır. Sonlu eleman modellemesi için kabuk eleman kullanılmış ve sonlu elemanların analiz sonuçları deneysel verilerle iyi bir uyum sağlamıştır. Doğrulanmış kiriş kesitine dayanarak, farklı kirişler modellenmiş ve yanal burkulma davranışları incelenmiştir. Bu modellerde yanal burkulma riskini azaltmak için değişiklikler de yapılmıştır. Bu çalışmanın amacı delikli kesitlerde yanal burkulmayı azaltmak için çözüm bulmaktır. Normal kiriş güçlendiricileri (dikdörtgen plaka) yerine T-şekil güçlendiriciler vi

kullanılmıştır. Bu tür güçlendiriciler, gerçek hayatta, ikincil kirişlerle ana kirişler arasındaki bağı benzeştirler. Buna ilaveten, farklı kalınlıklarda güçlendirme plakaları kullanılarak kiriş sehimine olan etkisi gözlemlenmiştir. Bu işlemlerin sonucunda T-sekil güçlendiricilerin kullanılması ve kalınlığının artırılması sonucunda yanal deplasmanların ciddi şekilde azalmasi yaninda yanal burkulma riskinin de azaldığı belirlenmiştir. Anahtar kelimeler: sonlu elemanlar, dairesel delikli kirişler, yanal burkulma, güçlendiriciler.