Endre søk
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annet format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annet språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Between square and circle: A study on the behaviour of polygonal steel profiles under compression
Luleå tekniska universitet, Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser, Byggkonstruktion och brand.ORCID-id: 0000-0002-9338-671x
2018 (engelsk)Doktoravhandling, monografi (Annet vitenskapelig)
Abstract [en]

The present study explores the structural properties of regular convex polygonal cross section (RCPS). Such profiles are commonly used to construct masts and towers, e.g.  transmission towers, light poles etc. The aim is to provide a better understanding of how the RCPS profiles behave on the local level under meridional compression.

For that matter, the study is limited to short specimens to avoid interaction with flexural buckling. Depending on the geometric and material characteristics, local buckling of an RCPS can either be contained within the width of individual facets, with the polygon edges acting as simple supports, or overcome the edge barriers of a facet extending to its neighbouring ones (spillover), which is best described as a type of shell buckling behaviour. Distinguishing between these two cases is the main task of this study.

The investigation is performed by means of numerical simulations and laboratory experiments, in both cases paying due attention to the influence of initial geometric imperfections. Four different imperfection patterns are identified by observing the collapse mechanisms occurred on experiments.

Through Finite Element Modelling (FEM), the influence of the four imperfection types as well as of the yield strength are studied over a wide range of RCPS models with varying number of vertices and local slenderness. Based on the minimum FEM obtained resistances, the RCPSs are categorised into two groups, one where a plate-like (facet contained) buckling is more critical than the spillover and vice versa.

The suitability of the Eurocode parts corresponding to plated and shell structures (EN~1993-1-5 and EN~1993-1-6 respectively) is evaluated for the design of RCPS on the basis of the two identified regions. The comparison showed that the two codes in conjunction can cover the design of RCPS. A method expressed as a simple empirical formula is suggested for categorising RCPS and choosing the respective Eurocode part.

The results of the numerical simulations are verified through an experimental matrix consisting of nine High Strength Steel (HSS) specimens. The specimens are of 16, 20 and 24 vertices and range from class 1 to class 4. Precise measurements of the geometric initial imperfections are taken by 3D scanning and digital processing of the specimens.

Experimental results from the present study and from literature come in good agreement with the conclusions from the numerical simulations, validating the proposed model.

Abstract [sv]

Profiler med slutna polygonala tvärsnitt är vanligt förekommande för konstruktioner som master och torn, t.ex. radiomaster och lyktstolpar. Denna avhandling fokuserar på hur profiler med polygonala tvärsnitt (i avhandlingen betecknade RCPS för regular convex polygonal sections) beter sig i brottgränstillstånd och vilka faktorer som påverkar detta beteende.

Det grundläggande syftet med arbetet har varit att få en bättre förståelse för hur RCPS-profiler påverkas av lokal buckling vid belastning i längdriktningen. För att kunna renodla fenomenet lokal buckling och undvika interaktion med global buckling har studien avgränsats till korta provkroppar. Lokal buckling av RCPS-profiler kan, beroende på geometri och materialegenskaper, begränsas till att uppstå inom bredden av tvärsnittets kanter (en kant är ett individuellt plåtfält) där de längsgående hörnen som avgränsar kanterna verkar som fria upplag (här kallad kantbegränsad buckling), eller så kan den lokala bucklingen spilla över till närliggande kanter (här kallad spillover), vilket närmast kan liknas vid ett skalbucklingsliknande beteende. En viktig del av syftet med denna studie har varit att kunna särskilja dessa två fall från varandra.

Undersökningen bygger på numeriska simuleringar och laboratorieförsök, där båda metoderna riktar extra fokus på inverkan av geometriska initialimperfektioner. Genom att observera kollapsmekanismer vid experimentella försök kunde de identifierade initialimperfektionerna grupperas i fyra olika elementarfall.

Finita Element Metoden (FEM) har använts för att studera hur initialimperfektioner enligt de fyra olika elementarfallen påverkar bärförmågan för lokal buckling för RCPS-profiler. Dessa FE-analyser har omfattat en stor mängd RPCS-profiler med varierande sträckgräns, tvärsnittsutformning (antal kanter) och slankhet. Resultatet av FE-analyserna visar att de varierade parametrarna påverkar vilken typ av lokal buckling, kantbegränsad buckling eller spillover, som är avgörande för en RCPS-profil.

RCPS-profilernas bärförmåga enligt FE-analyserna har jämförts med den bärförmåga som ges av dimensioneringsreglerna i EN 1993-1-5 (Plåtbalkar) och EN 1993-1-6 (Skal). Denna jämförelse visar på en god överensstämmelse mellan resultaten från FEM och den dimensionerande bärförmågan enligt de två eurokoderna, förutsatt att rätt typ av lokal buckling antas. Baserat på denna jämförelse föreslås en metod i form av ett enkelt empiriskt uttryck för att kategorisera ett specifikt RCPS-tvärsnitt med avseende på vilken av de två eurokoderna som bör tillämpas för beräkning av bärförmågan.

Resultaten av de numeriska beräkningarna verifierades genom en experimentell studie omfattande nio provkroppar av höghållfast stål (HSS). Provkropparna var utformade med tvärsnitt med 16, 20 respektive 24 enskilda fasetter och med slankhet varierande från tvärsnittsklass 1 till 4. Innan provkropparnas belastades gjordes precisa mätningar av de geometriska initialimperfektionerna med hjälp av 3D-skanning och digital bearbetning.

De experimentella resultaten från denna studie och från litteraturundersökningar överensstämmer väl med slutsatserna från de numeriska simuleringarna och validerar därmed den föreslagna metoden.

sted, utgiver, år, opplag, sider
Luleå: Luleå University of Technology, 2018. , s. 126
Serie
Doctoral thesis / Luleå University of Technology 1 jan 1997 → …, ISSN 1402-1544
Emneord [en]
polygonal, RCPS, plate buckling, shell buckling, towers, transmission lines, wind turbines, high strength steel
HSV kategori
Forskningsprogram
Stålbyggnad
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-71059ISBN: 978-91-7790-220-1 (tryckt)ISBN: 978-91-7790-221-8 (digital)OAI: oai:DiVA.org:ltu-71059DiVA, id: diva2:1252401
Disputas
2018-11-05, F1031, LTU, Luleå, 13:00 (engelsk)
Opponent
Veileder
Tilgjengelig fra: 2018-10-03 Laget: 2018-10-01 Sist oppdatert: 2018-10-17bibliografisk kontrollert

Open Access i DiVA

fulltext(16944 kB)62 nedlastinger
Filinformasjon
Fil FULLTEXT01.pdfFilstørrelse 16944 kBChecksum SHA-512
94f557ff7ea53b950b2be83e69bbda29c61a45303c13319b5ce6d055bf9e4d8a1ff01182a8acb8b5835fd913af414b113505802b62d362d8dd9dccc7d12dab10
Type fulltextMimetype application/pdf

Personposter BETA

Manoleas, Panagiotis

Søk i DiVA

Av forfatter/redaktør
Manoleas, Panagiotis
Av organisasjonen

Søk utenfor DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 62 nedlastinger
Antall nedlastinger er summen av alle nedlastinger av alle fulltekster. Det kan for eksempel være tidligere versjoner som er ikke lenger tilgjengelige

isbn
urn-nbn

Altmetric

isbn
urn-nbn
Totalt: 149 treff
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annet format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annet språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf