بررسي رخداد ناپايداري در ناحيه‌ي كششي تيرهاي فولادي با استفاده از يك مدل يك بُعدي

Investigation of Sidesway Instability in Tensile Zone of Steel Beams Using a Skeletal Model

ناپايداري جانبي تيرها در ناحيه‌ي كششي، كه با عنوان كمانش انتقالي جان در كارهاي پژوهشگران پيشين مورد بررسي قرار گرفته است، حالتي از ناپايداري است كه در گسيختگي شاه‌تيرها و تيرورق‌هاي فولادي مشاهده شده است. مطالعات انجام‌گرفته در اين زمينه، محدود و بر پايه‌ي مدل‌هاي ساده است و همچنين روابط پيشنهادي موجود براساس آنها، تخمين محافظه‌كارانه‌يي از بار بحراني به‌دست مي‌دهد. در اين نوشتار مكانيسم ايجاد كمانش انتقالي جان بررسي و براساس آن يك مدل يك بُعدي (اسكلتال) براي شبيه‌سازي اين ناپايداري توسعه داده شده است. با استفاده از تحليل پايداري مدل پيشنهادي، براي تيرهاي تحت بارگذاري عرضي روابطي ارايه شده است كه رخداد اين پديده و ظرفيت تير را تحت ناپايداري جانبي در ناحيه‌ي كششي به نحو مطلوب پيش‌بيني كند. در مدل پيشنهادي، پارامترهاي موثر به ويژه اثر ضخامت جان در بار بحراني به خوبي در نظر گرفته شده و مقايسه‌ي بار تخميني مدل پيشنهادي با نتايج آزمايشگاهي و تحليل‌هاي عددي، سازگاري مطلوبي نشان داده است. مقدار اختلاف موجود بين نتايج در حدود 30? است، كه در مقايسه با روابط طراحي آيين‌نامه‌ها براي اين ناپايداري، كه خطايي در حدود 35 تا 190 درصد را نشان مي‌دهد، مطلوب و قابل پذيرش است.

Generally, beams are designed to withstand bending and shear stresses, in practice, as well as for local yielding or instability under load and lateral torsional buckling. Another type of instability has been observed as a mode of failure in steel beams under some circumferences, referred to as “web sidesway buckling” or “tension flange instability” in previous work and steel design codes, and is related to the lateral movement of tension flanges and tension zones of the web with considerable reduction in the load bearing of the beam. Experimental and numerical work has been conducted for web sidesway buckling, mostly based on simple analytical, experimental or numerical models that provide a conservative estimate of the load capacity of beams. In the present paper, a concise study has been carried out on the behavior and occurrence mechanism of this instability, which resulted in proposal of a one dimensional (skeletal) model to describe the instability. This model consists of a column and two tensile members, like cable, for restraining the lateral displacement of the column support. The stability analysis of the proposed model has been undertaken, and then the critical load of the model has been generalized to the real beam, which undergoes instability. The provided expression for the model is related to the parameters of the beam. Furthermore, some coefficients have been used to calibrate the proposed critical load, with respect to the numerical and experiments results of previous research. Effective parameters, such as web thickness, end condition and the tension area of the web were included in the model expression. The proposed model predicts the occurrence of this phenomenon and the load capacity of beams under web sidesway buckling. Results were compared with previous experiments and numerical models and show the good accuracy of the model in load capacity estimation.