Elastic buckling and optimization of asymmetric i-cross sections of cold-formed thin-walled beams

Abstract

Subject of the paper includes two open asymmetric I-cross sections of cold-formed thin-walled beams. The both beams are simply supported and are subjects to pure bending. Every I-section is separately described by dimensionless parameters. Geometric properties with warping functions and inertia moments are determined. The strength, global and local stability conditions are defined for both beams. Mathematical solution of elastic local buckling problem for the flange of I-thin-walled beam is experimentally verified. Optimal open cross section shapes of both beams are determined. The optimization criterion is formulated on the basis of a dimensionless objective function. Optimal open cross sections of both beams are compared with a classical I-section beam.

У роботі розглядаються холодноформовані тонкостінні двотаврові балки з відкритими асиметричними поперечними перерізами двох типів. Балки вільно оперті та перебувають в умовах чистого згинання. Переріз кожної з балок описують безрозмірними параметрами, що враховують їх геометрію, моменти інерції та деформацію. Визначені умови міцності, локальної та глобальної стійкості для обох типів балок. Проведено експериментальну перевірку отриманого розв’язку задачі про локальну втрату стійкості полиці двотавра. На основі сформульованого критерію оптимізації, з використанням безрозмірної цільової функції, визначено оптимальні форми поперечних перерізів для обох балок. Отримані оптимальні параметри поперечних перерізів порівняно з класичним двотавровим перерізом.

В работе рассматриваются холодноформированные тонкостенные двухтавровые балки открытых асимметричных сечений двух типов. Принимается, что балки свободно опертые и находятся в условиях чистого изгиба. Сечения балок описывают безразмерными параметрами, которые учитывают их геометрию, моменты инерции и деформацию. Исследуются параметры прочности, условия локальной и глобальной устойчивости балок. Проведена экспериментальная проверка полученного математического решения задачи о локальной потере устойчивости полки двухтавра. На основании сформулированного критерия оптимизации, с использованием безразмерной функции цели, определены оптимальные формы поперечных сечений балок. Проведено сравнение полученных оптимальных параметров поперечных сечений с классическим двухтавровым сечением.