Simplified models for cross-section stress demands on C-section purlins in uplift

The objective of this paper is to provide and verify simplified models that predict the longitudinal stresses that develop in C-section purlins in uplift. The paper begins with the simple case of flexural stress: where the force has to be applied at the shear center, or the section braced in both flanges. Restrictions on load application point and restraint of the flanges are removed until arriving at the more complex problem of bending when movement of the tension flange alone is restricted, as commonly found in purlin-sheeting systems. Winter`s model for predicting the longitudinal stresses developed due to direct torsion is reviewed, verified, and then extended to cover the case of a bending member with tension flange restraint. The developed longitudinal stresses from flexure and restrained torsion are used to assess the elastic stability behavior of typical purlin-sheeting systems. Finally, strength predictions of typical C-section purlins are provided for existing AISI methods and a newly proposed extension to the direct strength method that employs the predicted longitudinal stress distributions within the strength prediction. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Modelling of cold-formed purlin-sheeting systems .1. Full model

Purlin-sheeting systems used for roofs and walls commonly take the form of cold-formed channel or zed section purlins, screw-connected to corrugated sheeting. These purlin-sheeting systems have been the subject of numerous theoretical and experimental investigations over the past three decades, but the complexity of the systems has led to great difficulty in developing a sound and general model. This paper presents a non-linear elasto-plastic finite element model, capable of predicting the behaviour of purlin-sheeting systems without the need for either experimental input or over simplifying assumptions. The model incorporates both the sheeting and the purlin, and is able to account for cross-sectional distortion of the purlin, the flexural and membrane restraining effects of the sheeting, and failure of the purlin by local buckling or yielding. The validity of the model is shown by its good correlation with experimental results. A simplified version of this model, which is more suitable for use in a design environment, is presented in a companion paper. (C) 1997 Elsevier Science Ltd.

Modelling of cold-formed purlin-sheeting systems .2. Simplified model

A number of theoretical and experimental investigations have been made into the nature of purlin-sheeting systems over the past 30 years. These systems commonly consist of cold-formed zed or channel section purlins, connected to corrugated sheeting. They have proven difficult to model due to the complexity of both the purlin deformation and the restraint provided to the purlin by the sheeting. Part 1 of this paper presented a non-linear elasto plastic finite element model which, by incorporating both the purlin and the sheeting in the analysis, allowed the interaction between the two components of the system to be modelled. This paper presents a simplified version of the first model which has considerably decreased requirements in terms of computer memory, running time and data preparation. The Simplified Model includes only the purlin but allows for the sheeting's shear and rotational restraints by modelling these effects as springs located at the purlin-sheeting connections. Two accompanying programs determine the stiffness of these springs numerically. As in the Full Model, the Simplified Model is able to account for the cross-sectional distortion of the purlin, the shear and rotational restraining effects of the sheeting, and failure of the purlin by local buckling or yielding. The model requires no experimental or empirical input and its validity is shown by its goon con elation with experimental results. (C) 1997 Elsevier Science Ltd.

Dimensionamento de Uma Cobertura em Elementos Estruturais de Aço Enformados a Frio

O presente relatório versa sobre a análise e dimensionamento de estruturas de aço enformadas a frio. Devido a serem estruturas de elevada esbelteza, frequentemente denominadas “estruturas de aço leve”, apresentam fenómenos de instabilidade tanto a nível local como global, sendo da perspetiva regulamentar abrangidas pelo Eurocódigo 3, nomeadamente pelas Partes 1-1, 1-3 e 1-5. A Parte 1-3 do Eurocódigo 3 diz respeito às regras suplementares de elementos de aço enformados a frio, na qual estão presentes as regras de dimensionamento, bem como as verificações de segurança que deverão ser aplicadas. Nesta, é possível ainda “fazer a ponte” com a Parte 1-1 do Eurocódigo 3, respetiva às regras gerais de projeto de estruturas de aço e com a Parte 1-5 do Eurocódigo 3 relativa a elementos estruturais constituídos por placas. Inicialmente, será realizado um estado da arte, onde será efetuado um enquadramento histórico, apresentando o processo de fabrico destes elementos e o tipo de elementos estruturais originados, concluindo-se com as vantagens/desvantagens dos perfis em aço enformados a frio. Os conceitos teóricos de estabilidade estrutural, os tipos de instabilidade mais comuns nestes elementos, bem como os tipos de análise destes fenómenos farão a ponte com o capítulo que se segue. Relativamente ao dimensionamento destes elementos, será dado enfâse às metodologias preconizadas pelo Eurocódigo 3, Parte 1-3. Este capítulo incidirá, entre outos, nas propriedades das secções transversais, na determinação da resistência destas, onde se contabilizará os efeitos das instabilidades locais de placa e distorcionais, na instabilidade global dos perfis e nas ligações entre os mesmos. Será analisada, posteriormente, a abordagem apresentada pela ECCS relativamente ao dimensionamento de madres travadas por painéis de cobertura. Neste capítulo será apresentada a metodologia para o dimensionamento de vigas com restrição à torção e à translação, bem como a resistência da secção transversal da madre e do seu banzo livre à encurvadura. Finalmente, e ao encontro do que foi proposto pela empresa CCAD-Serviços de Engenharia, Lda, efetuar-se-á o dimensionamento de uma cobertura de um edifício de distribuição, cobertura esta constituída por asnas treliçadas e madres simples. Neste dimensionamento foram consideradas as ações segundo o Regulamento de Segurança e Ações Para Estruturas de Edifícios e Pontes e o Eurocódigo 1, Parte 1-1 que diz respeito às Ações Gerais em Estruturas e Parte 1-4 respeitante às Ações do vento.

Dimensionamento de Madres Enformadas a Frio Travadas por Painéis do Tipo Sandwich

O presente relatório de estágio foi elaborado no âmbito da Unidade Curricular de DIPRE, Dissertação/Projeto/Estágio, do 2.º ano de Mestrado em Engenharia Civil do Instituto Superior de Engenharia do Porto, do ramo de estruturas, tendo como principal foco, a análise e dimensionamento de madres de aço enformado a frio e sua utilização com painéis do tipo sandwich em coberturas. Seções enformadas a frio são cada vez mais utilizadas em construções modernas, especificamente como estrutura secundária em coberturas, onde geralmente são fixas a painéis através de ligações aparafusadas. A presença de painéis e fixações através de parafusos permitem a estabilização lateral e torsional de madres aumentando desta forma a capacidade resistente, mas por serem elementos estruturais de espessura reduzida, os enformados a frio são suscetíveis a fenómenos de instabilidade associados. Desta forma, a norma EN 1993-1-3 [4] permite a análise e dimensionamento deste tipo de elementos através das disposições regulamentares preconizadas nas partes 1-1 [3] e 1-5 [5] da mesma norma. Num primeiro estudo, o presente trabalho tem como objetivo o dimensionamento e verificação de segurança de elementos enformados a frio com base na seção efetiva determinada com o auxílio das normas EN 1993-1-1 (regras gerais) e EN 1993-1-5 (regras para elementos estruturais constituídos por placas). Numa segunda fase, este trabalho pretende apresentar um estudo do comportamento de interação entre os sistemas madres-painéis. Para tal, são quantificadas as rigidezes das conexões dos sistemas e dos painéis para se realizarem a análise relativamente à restrição lateral e restrição torsional de madres. Neste contexto, concluiu-se que os painéis, quando fixos de forma adequada às madres, contribuem para a estabilidade.

A theoretical and experimental analysis of cold-formed steel shapes subjected to bending - Channel and simple lipped channel

Cold-formed steel shapes have been widely employed in steel construction, where they frequently offer a lower cost solution than do traditional laminated shapes. A classic application of cold-formed steel shapes is purlins in the roof panel of industrial buildings, connected to the roof panel by means of screws. The combined effect of these two elements has been the subject of investigations in some countries. Design criteria were included in the AISI Code in 1991 and 1996. This paper presents and discusses the results obtained from bending tests carried out on shapes commonly used in Brazil, i.e., the channel and the simple lipped channel, Tests were carried out on double shapes with 4.5 and 6.0 meter spans, which were subjected to concentrated loads and braced against each other on the supports and at intermediary points in three different load situations. The panel shape was also analyzed experimentally, simulating the action of wind by means of a vacuum box designed specifically for this purpose. The test results were then compared to those obtained through the theoretical analysis, enabling us to extract important information upon which to base proposed design criteria for the new Brazilian code.

Análise de edificações de aço considerando a ação diafragma

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Determinação teórico-experimental da rigidez ao cisalhamento devido à restrição das telhas conectadas nas terças

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Bovedas Encamonadas: Origen, Evolucion, Geometria y Construccion entre los Siglos XVII y XVIII en el Virreinato de Perú

Desde la creación del Virreinato del Perú, en el siglo XVI, los arcos, bóvedas y cúpulas se acostumbraban a levantar con piedra y fábrica. Sin embargo estas tierras eran sacudidas periodicamente por terremotos, produciendo el colapso de la mayoría de estas edificaciones. Para el siglo XVII los alarifes ya habían experimentado diversas maneras de levantar bóvedas, sin haberse encontrado una respuesta razonable en términos de tiempo, economía y estabilidad frente a los sismos. En medio de este panorama se produjo la introducción de las bóvedas encamonadas a mediados del siglo XVII, consolidandose en el resto de la centuria hasta el punto de terminar convirtiéndose en un recurso tradicional y de estimada elaboración dentro de la arquitectura virreinal peruana. Las bóvedas encamonadas se realizaban con tablas de madera (camones) que se solapaban entre sí para formar arcos (cerchas), los cuales definían la forma que tendrían las bóvedas, y eran estabilizados lateralmente mediante correas. Sobre los arcos y correas se colocaba un cerramiento que podía ser un entablado, unos listones de madera o simplemente un tendido a base de cañas. En la mayoría de casos se finalizaba con un recubrimiento aislante de barro por el extradós y otro decorativo de yeso por el intradós. Precisamente estas bóvedas constituyen el objeto de la presente tesis, específicamente en su devenir histórico entre los siglos XVII y XVIII en el ámbito territorial del Virreinato del Perú, partiendo del examen de los tratados de arquitectura coetáneos y del estudio de las bóvedas de madera en España, para finalizar con el análisis de las características geométricas y constructivas que lograron definir en ellas los alarifes peruanos. Since the creation of the Viceroyalty of Peru, in the sixteenth century, arches, vaults and domes were accustomed to build with stone and masonry. However, these lands were periodically shaken by earthquakes, causing the collapse of most of these buildings. For the seventeenth century the master masons had already experienced several ways to build vaults, without having found a reasonable response in terms of time, economy and stability against earthquakes. Into this context the master carpenters introduced the wooden vaults since seventeenth century, and this constructive system was consolidated around the rest of the century to the end point of becoming a traditional and estimated resource of the Peruvian colonial architecture. The wooden vaults were made with timber planks (camones) that overlapped each other to form arches (cerchas), which defined the shape of the vaults, and were stabilized laterally by purlins. Above the arches and purlins placed planks, wooden strips or just cane. In most cases ended with a mud plaster insulating the extrados and a decorative gypsum plaster on the intrados. Precisely these vaults are the subject of this thesis, specifically in its historical way between the seventeenth and eighteenth centuries in the territory of the Viceroyalty of Peru. Since an examination of the architectural treatises and the Spanish wooden vaults, and concluding with the analysis of the geometric and constructive system that Peruvian builders were able to define on them.

Global optimisation of cold-formed steel sections

In this thesis, standard algorithms are used to carry out the optimisation of cold-formed steel purlins such as zed, channel and sigma sections, which are assumed to be simply supported and subjected to a gravity load. For zed, channel and sigma section, the local buckling, distortional buckling and lateral-torsional buckling are considered respectively herein. Currently, the local buckling is based on the BS 5950-5:1998 and EN 1993-1-3:2006. The distortional buckling is calculated by the direct strength method employing the elastic distortional buckling which is calculated by three available approaches such as Hancock (1995), Schafer and Pekoz (1998), Yu (2005). In the optimisation program, the lateral-torsional buckling based on BS 5950-5:1998, AISI and analytical model of Li (2004) are investigated. For the optimisation program, the programming codes are written for optimisation of channel, zed and sigma beam. The full study has been coded into a computer-based analysis program (MATLAB).