The paper deals with determination of flexural resistance buckling curves for welded I-section steel members made of high strength steel (S 690). In the paper the previously proposed BF analytical model ... więcej

The paper deals with determination of flexural resistance buckling curves for welded I-section steel members made of high strength steel (S 690). In the paper the previously proposed BF analytical model is used for approximation of FEM results obtained using moderately large deformation shell theory and ABAQUS/Standard software. Final formulation of flexural resistance buckling curves is possible through the use of the Merchant-Rankine-Murzewski approach adopted extensively in the authors’ previous papers. For nonlinear optimization, which is needed for analytical model parameters determination, the Wolfram Mathematica package is used. Obtained results for S 690 steel are presented against the results for S 355 steel.

Współczesne normy projektowania konstrukcji stalowych wyróżniają dwa obszary zastosowania stali w budownictwie. W budownictwie powszechnym, w szczególności odnoszącym się do budynków o stalowej ... więcej

Współczesne normy projektowania konstrukcji stalowych wyróżniają dwa obszary zastosowania stali w budownictwie. W budownictwie powszechnym, w szczególności odnoszącym się do budynków o stalowej konstrukcji szkieletowej, stosowane są stale zwykłe oraz stopowe o podwyższonej wytrzymałości (kategoria wytrzymałościowa od S 235 do S 460). W stalowym budownictwie specjalnym, gdzie wymagana jest wyższa niezawodność konstrukcji stalowych, stosowane są stale o wysokiej wytrzymałości, najczęściej o kategorii wytrzymałościowej S 690. W pierwszym z wymienionych wyżej obszarów zastosowania stali konstrukcyjnej, stosuje się odmienne zasady klasyfikacji krzywych wyboczeniowych do wyznaczania nośności słupów z kształtowników walcowanych oraz spawanych [7]. W wypadku kształtowników walcowanych ze stali kategorii wytrzymałościowej równej i wyższej niż S 460 postuluje się „podwyższenie” krzywej wyboczeniowej w stosunku do krzywej obowiązującej dla wyrobów ze stali o kategorii wytrzymałościowej niższej niż S 460. W odniesieniu do wyrobów spawanych ze stali o kategorii wytrzymałościowej S 460 oraz wyżej, nie przewiduje się „podwyższenia” krzywej wyboczeniowej. W niniejszym artykule podjęto próbę analitycznego sformułowania krzywych wyboczeniowych spawanych słupów stalowych o bisymetrycznym przekroju dwuteowym ze stali S 690 oraz dokonano porównania wyników z otrzymanymi dla analogicznych słupów spawanych ze stali o kategorii wytrzymałościowej niższej niż S 460. Celem artykułu jest wyznaczenie krzywych wyboczeniowych w przypadku spawanych elementów ściskanych wykonanych ze stali S 690. Rozważane zagadnienie stanowi kontynuację pracy [3], gdzie analogiczne zagadnienie rozważano dla stali S 355. Zastosowano, zweryfikowane w [3] jako najbardziej wiarygodne, podejście analityczne Best Fit z uwzględnieniem metody randomizacji Merchanta-Rankine’a-Murzewskiego. Kalibrację sformułowania analitycznego przeprowadzono na podstawie wyników symulacji MES z programu ABAQUS. Wyniki obliczeń numerycznych posłużyły do wyznaczenia parametrów materiałowych zaproponowanego modelu analitycznego. Wyznaczenie parametrów materiałowych było możliwe dzięki zastosowaniu metod optymalizacji nieliniowej i pakietu Wolfram Mathematica. Elementy ściskane modelowano w MES stosując teorię powłok dużych deformacji oraz modele konstytutywne sprężysto-plastyczności ze wzmocnieniem izotropowym. Naprężenia pospawalnicze modelowano poprzez wstępne samozrównoważone pole naprężeń rezydualnych. Pole naprężeń rezydualnych określone było przez dwa parametry: ψ[ten] i ψ[com] odpowiednio dla strefy rozciąganej i strefy ściskanej. Parametr naprężenia rezydualnego ψ[ten] jest utrzymywany na stałym poziomie dla różnych historii wymiany ciepła przy spawaniu. W konsekwencji tylko ψ[com] jest dalej uważany za zmienną. W analizie przyjęto wartości dyskretne z zakresu od 0.1 do 0.5, uwzględniając różne historie obciążenia termicznego wynikającego z przebiegu procesu spawania. Ściskanie elementu przegubowo podpartego na obu końcach realizowano poprzez zadanie przemieszczeniowych warunków brzegowych w odpowiednich węzłach odniesienia na końcach elementu. Wstępne ekwiwalentne imperfekcje geometryczne zadawano zgodnie z wymaganiami normowymi przyjmując dwa skrajne przypadki, tj. e[0]=L/10000 i e[0]=L/750 dla prętów o różnej długości (w przedziale smukłości względnej od około 0.5 do 1.5). W pierwszym przypadku mamy do czynienia z elementem niemal „idealnym”, podczas gdy w drugim przypadku wartość mnożnika imperfekcji należy uznać za znaczną. Szczegółowo przyjęty do symulacji model MES przedstawiono w [8]. W pracy zweryfikowano zaproponowany model analityczny dla stali wysokiej wytrzymałości S 690. Przewidywania tego modelu porównano z wynikami uzyskanymi w pracy [3] w przypadku stali S 355 oraz rozszerzono jego zastosowanie dla stali S 690. Wykazano, że współczynnik imperfekcji n można przyjmować niezależnie od gatunku stali odpowiednio dla e[0]=L/10000 jako równy 6.0 zaś dla e[0]=L/750 jako równy 1.6. Pozostałe parametry modelu tj. Ɛ[E,eff] i ψ[eff] można aproksymować względem zmiennej ψ[com] odpowiednio funkcjami liniowymi w przypadku S 355 i ekspotencjalnymi w przypadku S 690. Oznacza to, że wszystkie przypadki pośrednie mogą być aproksymowane na podstawie wyznaczonych funkcji aproksymacyjnych w zależności od wielkości wstępnej imperfekcji oraz parametru charakteryzującego rozkład naprężeń rezydualnych ψ[com]. Przedstawione wyniki analiz wskazują, że w wypadku słupów spawanych, wykonanych ze stali o wysokiej wytrzymałości, występuje efekt podwyższenia wartości współczynnika wyboczeniowego w odniesieniu do wyznaczanego na podstawie krzywej wyboczeniowej wyznaczonej dla stali zwykłych i stopowych o podwyższonej wytrzymałości. Podjęcie szerszych badań symulacyjnych pozwoli na uszczegółowienie wniosków do wykorzystania w normalizacji projektowania spawanych konstrukcji stalowych ze stali o kategorii wytrzymałościowej S 460 oraz wyższej.