Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 1 C h a p t e r 2 Plane Buckling of Struts Iványi: Stability
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / Critical Load of the Euler-column (Equilibrium Method) Fundamental Solution Compression load: Euler-column [1744] Internal resisting moment: Equilibrium equation: Solution of the linear homogeneous differential equation:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 3 Boundary conditions: First of these conditions: Second of these conditions: Trivial solution: Critical solution: Effective length: Tension load: No stability problem!
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / Effect of Approximations (a) Axial deformations: Direct axial compression: Boundary conditions: Condition of buckling: Eigenvalue: “52” steel: 0.17%
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 5 (b) Effect of Shear Deformations on Critical Loads The applied load P kr will have components transverse to the bent longitudinal axis, thus introducing into the member shear forces V as shown. It will in turn produce additional deformation due to shear. Curvature: [Timoshenko, Gere, 1961] Cross-section circle rectangle I, shear parallel to web I, shear parallel to flange 32/27 6/5
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 6 Approximation: For solid cross-sections this effect is unimportant, amounting to a reduction of a fraction of 1%. For lattice truss cross-sections this effect is of significant importance. (c) Effect of Large Deformations Differential Equation: Correct expression for curvature: Load – deformation curve Hence the DE: ELASTICA:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / Higher-Order Differential Equation for Columns
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 8 Different boundary conditions for DE: hinged fixed free movable-fixed
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 9 Fixed – Free Column Boundary conditions: Non-trivial solution: Effective length:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / Effective Length of Compression Members Intermediate Restraints (a) Single Restraint Equilibrium condition: Left-hand side Equation: Right-hand side Equation:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 11 Boundary conditions: If First solution:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 12 Second solution:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 13 (b) Continuous Restraint Half-through Bridge Compression Member with Continuous Restraint [Engesser, 1884]
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 14 Equilibrium condition: Compression Member with Transversal Load
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 15 [Chwalla, 1927]
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 16 Half-through Bridge (U-frame) – horizontal deflection: U-frame stiffness:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / Elastically Restrained Column Equilibrium condition: Boundary conditions:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 18 Effective length: 2.4. Effect of Loading System Initially Bent Columns Initial deformation:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 19 Homogenous and particular solutions: Boundary conditions: andor Bending deflection: Total deflection: Total deflection at mid-height:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 20 Bending Moment: Load–deflection curves of initially bent columns
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / Beam-Column with Lateral Loads [Chajes, 1974] External Moment: Boundary conditions: Midspan Deflection:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 22 Deflection with Lateral Load: and Since the sum of the geometric series inside the brackets is :
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 23 Restricted Superposition: Bending moment at midspan: [Dischinger, 1937] Beam-Column Load–Deflection Characteristics
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 24 Load Cases “1”: “2”: –0.362 – –
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / Guided Load System Pylon of Cable Stayed Bridge Through Truss Bridge
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 26 Cantilever with Pendelum
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 27 Bending Moment: If
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 28 Effective Length Factor with the Length of Pendelum
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / Inelastic Buckling of Columns Tetmayer [1901] (a) Cast iron (b) Wrought iron (c) Steel (d) Ni-steel
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / Early Development of Inelastic Column Theories [Engesser, 1889] Original Engesser Theory
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / Reduced Modulus Theory [Considére, 1891] [Jasinsky, 1895] [Engesser, 1898]
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 32 Reduced Modulus:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 33 Tests by Karman
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / The Shanley Contribution [Shanley, 1943] [Johnston, 1961] [Tall, 1964] Deflection of initially straight centrally loaded column Strain distribution and column deflection Shanley model column
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / Tangent Modulus Theory Tangent Modulus Concept
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 36 Progressive stress distribution as column is loaded
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / The Csonka Contribution [Csonka, 1951] Distribution of stresses
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 38 Buckling as of Engesser - Karman - Shanley
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / Critical Load of the Euler Column – Energy Method Conservation of Energy Principle A conservative system is in equilibrium if the strain energy stored is equal to the work performed by the external loads. For an axially loaded bar it remains perfectly straight, the external work is given: Column shortening due to axial compression and bending Strain energy stored in the member:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 40 Binomial theorem: If deformations are assumed to be small. External work: Strain energy: Grammel-quotient: Rayleigh-quotient:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / Calculus of Variations The calculus of variations is a generalisation of the max. or min. problem of ordinary calculus. It seeks to determine a function y=y(x) that extremizes a definite integral: [Hoff, 1956] [Chajes, 1974] Thus the calculus of variations is not a computational tool for solving a problem. It is only a device for obtaining the governing equations of the problem. Strain energy: External work: Potential energy: Boundary condition:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 42 Nearly function: Extremum value: Second term: First term: Geometric boundary condition: Natural boundary condition:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / Buckling Load of Column with Variable Cross-section Rayleigh–Ritz Method [Koranyi, 1965]Buckled shape: Strain energy: External work: Column with varying moment of inertia
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 44 Critical load: Exact answer [Timoshenko, Gere, 1961]: Error is about 33%. If deflection curve is: Error is about 13%. Critical load:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / Design of Columns Historical Background
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / Ayrton–Perry formula (1886) [Rondal, Maquoi, 1979] Initial deformation: Deflection at midspan: First yield limit state:
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 2 / 47 [Robertson, 1925]: [Dutheil, 1947]: [Dwight, 1972]: [Rondal, Maquoi, 1978]: