1. DATE PROIECT
Program : PNCDI II - Proiecte de cercetare pentru stimularea constituirii de tinere echipe de cercetare independente (TE)
Cod Proiect: TE-38
Durata proiectului: sept. 2010 – iulie 2013
Rezumat: Structurile metalice cu elemente supuse la compresiune si moment incovoietor, necesita o investigare amănunțita utilizând metode numerice avansate, care sa tina cont de toate cazurile specifice de incarcare, mod de fixare, imperfecțiuni geometrice si de material. Acestea, in realitate, sunt mult mai complexe decat cazurile acoperite momentan de normele in vigoare. Versiunea finala a normativului European EN 1090-2 prevede o toleranta admisa a elementelor metalice executate si montate egala cu o deviatie de la liniaritate de 1/750*L. Imperfecțiunile inițiale locale in arc, ale barelor, suplimentate de tensiunile reziduale, considerate pentru dezvoltarea curbelor europene de flambaj, au valoarea 1/1000*L. In condițiile in care valoarea tolerantelor admise este superioara imperfecțiunilor mai sus menționate sunt necesare investigații suplimentare pentru a verifica daca valoarea actuala a factorului parțial de siguranța (γM0 = 1,00) mai este suficienta. Obiectivele principale ale proiectului constau in analiza sensibilității structurilor metalice cu elemente cu secțiuni variabile la diferite tipuri ale imperfecțiunilor de execuție si montaj. Studiile efectuate si prezentate in cadrul mai multor lucrări științifice au demonstrat importanta considerării in calcul a diferitelor imperfecțiuni inițiale cum ar fi: deviația de la verticalitate a stâlpilor (in planul cadrului sau in afara planului), imperfecțiuni inițiale in arc, imperfecțiuni ale secțiunii transversale, etc. Se pune totuși întrebarea: Ce este mai important forma imperfecțiuni sau valoarea acesteia? Proiectul de cercetare isi propune sa găsească răspunsuri la problemele enumerate anterior, iar pentru atingerea obiectivelor se vor realiza studii parametrice cu programe de calcul avansate. Se vor realiza teste experimentale in laboratorul CEMSIG-UPT pentru a calibrarea modelele de calcul. Rezultatele obținute vor fi comparate in final cu rezultate analitice, urmărind modul de calcul din normativ SR-EN1993-1-1.
2. COLECTIV DE CERCETARE
| Director proiect: | SL. Dr. ing. Mircea CRISTUTIU | |
| Membrii: | SL. Dr. ing. Adrian DOGARIU | cercetător |
| Ing. Daniel NUNES | asistent cercetare | |
| Dr. ing. Sorin BORDEA | cercetător |
3. DESFĂȘURAREA PROGRAMULUI DE CERCETARE
3.1 Anul 2010
3.1.1 Obiective/activitati 2010
O1: Studiul influentei imperfecțiunilor la elemente izolate (grinzi, stâlpi) supuse la forta axiala si moment încovoietor cu secțiune variabila:
A1: Documentare/ Analize cu MEF/
A2: Studiul influentei imperfecțiunilor cu MEF in planul cadrului sau in afara acestui/Comparații rezultate MEF-analitic
A3: Diseminarea rezultatelor/ Proiectarea si achiziționarea parțiala a specimenelor pentru testele experimentale Faza I/ Întocmirea raportului anual de cercetare
3.1.2 Rezultate obținute 2010
 |
 |
 |
 |
3.1.3 Articole publicate 2010
I. Mircea Cristutiu, Dan. Dubina - Influence of member components on the structural performance of beam-to-column joints of pitched roof portal frames with class 3 and 4 sections Proc of International Conference on Steel and Composite Structures SDSS-2010, Rio de Janeiro, Brazilia, sept.2010, p 191
Zs. Nagy, I. Mircea Cristutiu - Advanced nonlinear investigations of a 50 m span frame case study: the steel structure of the ice rink, city of Targus-Mures, Romania Proc of International Conference on Steel and Composite Structures SDSS-2010, Rio de Janeiro, Brazilia, sept.2010, p 649.
Zs. Nagy, I. Mircea Cristutiu – Initial imperfection influences on the structural behavior of steel portal frames with variable cross sections and some susteinability considerations – case study. Proc of 6th WSEAS International Conference on Energy, environment, ecosystems and sustainable development (eeesd '10) 3rd Wseas international conference on landscape architecture (la '10)”, Timisoara, Romania, oct. 2010, p21
I. Mircea Cristutiu, D. Grecea – Influence of connected member’s component son the structural performance of bolted beam-to-column joints of pitched roof portal frames. Proc. of the International workshop „Global and Regional Environmental Protection” B.E.N.A - Glorep 2010, Timisoara, Romania, nov.2010, p. 196
N. Muntean, I. Mircea Cristutiu – Erection and manufacturing imperfection influence on steel frame behaviour. Proc. of the International workshop „Global and Regional Environmental Protection” B.E.N.A - Glorep 2010, Timisoara, Romania, nov.2010, p. 228
Zs. Nagy, I. Mircea Cristutiu – Sustainability aspects of an ice-rink-City of Tg. Mures-Romania-Case Study Proc. of the International workshop „Global and Regional Environmental Protection” B.E.N.A - Glorep 2010, Timisoara, Romania, nov.2010, p. 253
I. Mircea Cristutiu – Stabilitatea cadrelor cu elemente variabile: Influenta imperfecțiunilor si a legaturilor laterale. Vol. - A-12-a Conferința Naționala de Construcții Metalice – Realizări si preocupări actuale in ingineria construcțiilor metalice, nov. 2010, Timișoara, Romania, p.97
3.1.4 Participări conferințe 2010
05.09.2010 - 15.09.2010 – SDSS’2010 – International Conference on Stability and Ductility of Steel Structures, Rio de Janeiro, Brazilia;
21.11.2010-23.11.2010 - Conferința “ 6th WSEAS International Conference on ENERGY, ENVIRONMENT, ECOSYSTEMS and SUSTAINABLE DEVELOPMENT (EEESD '10)
3rd WSEAS International Conference on LANDSCAPE ARCHITECTURE (LA '10)”, Timisoara, Romania
26.11.2010-28.11.2010 - Conferința “ Global and Regional Environmental Protection – GLOREP 2010” organizata de catre: Balkan Environmental Association, Thessaloniki, Greece si Universitatea Politehnica din Timisoara, Timisoara, Romania
26.11.2010-27.11.2010 – Conferința „A 12-a CONFERINȚĂ NAȚIONALĂ DE CONSTRUCȚII METALICE” Realizări si preocupări actuale in ingineria construcțiilor metalice, Timisoara, Romania
3.2 ANUL 2011
3.2.1 Obiective/activitati 2011
O1: Studiul influentei tipului de prindere laterala in comportarea elementelor – stalpi cu sectiune variabila – faza I:
A1.1. Documentare
A1.2 Teste experimentale
A1.3 Analiza cu MEF e elementelor testate
A1.4 Diseminarea rezultatelor prin publicarea de aricole in reviste cotate ISI si BDI, si prin participarea la conferințe internaționale de specialitate in domeniu
O2: Studiul influentei imperfecțiunilor la cadrele metalice parter, realizate din elemente zvelte, sub efectul incarcarilor gravitaționale (permanenta, tehnologica, zăpada)
A2.1. Documentare
A2.2. Analize cu MEF
A2.3. Studiul influentei imperfectiunilor cu MEF in planul cadrului sau in afara acestuia
A2.4. Coparatii rezultate MEF-analitic
O3: Studiul influentei imperfectiunilor la cadrele metalice parter, realizate din elemente zvelte, sub efectul incarcarilor orizontale (vant, seism).
A3.1. Documentare
A3.2. Analize cu MEF
A3.3. Studiul influentei imperfectiunilor cu MEF in planul cadrului sau in afara acestuia
A3.4. Coparatii rezultate MEF-analitic
A3.5 Diseminarea rezultatelor prin publicarea de aricole in reviste cotate ISI si BDI, si prin participarea la conferinte internationale de specialitate in domeniu
A3.6. Intocmirea raportului anual de cercetare
3.2.2 Rezultate obținute 2011
Fig. Imperfecțiuni de execuție si montaj luate in calcul la analiza cu MEF
 |
 |
 |
Fig. Moduri de cedare in funcție de tipul legăturilor laterale, curbe de comportament
|
|
|
|
a) NR |
b) LR |
c) TR |
Fig. Tipuri de legături laterale pentru testele experimentale
 |
 |
Fig. Aranjamentul experimental
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fig. Curbe de comportament / Moduri de cedare experimental vs MEF, specimen cu inima de 8 mm
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fig. Curbe de comportament / Moduri de cedare experimental vs MEF, specimen cu inima de 6 mm
3.2.3 Articole publicate 2011
Cristutiu I. Mircea, Nunes Daniel L. – „Local and global stability of single storey frames made of welded plate elements with tapered web” in Acta Technica Napocensis: Civil Engineering & Architecture Vol. 54 No.1 (2011) (BDI-B+);
Cristutiu I. Mircea, Nunes Daniel L. – „Behaviour of single storey frames with tapered web members accounting for manufacturing and assembling imperfections” in Proc of „The 4th WSEAS International Conference on ENGINEERING MECHANICS, STRUCTURES, ENGINEERING GEOLOGY (EMESEG '11)” Corfu, Grecia, p219-224, (Scopus);
Cristutiu I. Mircea, Nunes Daniel L, Dogariu Adrian – “Buckling of laterally restrained steel structural elements with variable cross section considering initial imperfections” in Proc. Of -„6th European Conference on Steel and Composite Structures Budapest, Hungary”
Cristutiu I. Mircea, Nunes Daniel L. – “Influence of lateral restraints on the behaviour of thin walled welded elements with variable cross-section” in Proc. Of The 6th International Conference on Thin Walled Structures, Timisoara, Romania
Cristutiu I. Mircea, Nunes Daniel L., Dogariu Adrian – “Experimental study on laterally restrained steel columns with variable I cross sections” in Proc of The 2011 World Congress on Advances in Structural Engineering and mechanics ASEM11plus, The 2011 International Conference on Steel and Composite structures ICSCS11”, Seoul, Corea de Sud
Nunes Daniel L., Cristutiu I. Mircea – “Advanced nonlinear analysis of single storey steel frames made by elements with variable cross section” in Mathematical Modeling in Civil Engineering, Scientific Journal, Vol 7, No.4, Dec. 2011 (BDI-B+)
Cristutiu I. Mircea, Nunes Daniel L. „Influence of the initial imperfections on the seismic performance of pitched roof portal frames made of welded non-prismatic plated elements” In Proc of „ STESSA 2012 - Behaviour of Steel Structures in Seismic Areas”, Santiago de Chile, acceptata spre publicare (ISI)
Nagy Zsolt, Cristutiu I. Mircea, Nunes Daniel L. „Seismic behaviour of a large span welded steel structure considering lateral restraints and initial imperfections: a case study” In Proc of „ STESSA 2012 - Behaviour of Steel Structures in Seismic Areas”, Santiago de Chile, acceptata spre publicare (ISI).
3.2.4 Participări conferințe 2011
19.05.2011-22.05.2011 – Construieste cu Steel – Cluj Napoca, Romania;
13.07.2011-17.07.2011 - „The 4th International Conference on ENGINEERING MECHANICS, STRUCTURES, ENGINEERING GEOLOGY (EMESEG '11)” Corfu, Grecia
31.08.2011- 2.09.2011-„6th European Conference on Steel and Composite Structures Budapest, Hungary”
05.09.2011-07.092011-The 6th International Conference on Thin Walled Structures, Timisoara, Romania
16.09.2011-22.09.2011 - „The 2011 World Congress on Advances in Structural Engineering and mechanics ASEM11plus, The 2011 International Conference on Steel and Composite structures ICSCS11”, Seoul, Corea de Sud
17.11.2011-18.11.2011 - The 2-nd Conference of the Young Researchers Bucuresti-Romania” Bucuresti, Romania
3.3 ANUL 2012
3.3.1 Obiective/activitati 2012
O1. Studiul influentei tipului de prindere laterala, a zveltetii relative si a clasei esctiunii, in comportarea elementelor – stalpi cu sectiune variabila – faza II
A1.1 Documentare
A1.2 Proiectarea elementelor ce urmeaza a fi testate
A1.3 Realizarea testelor experimentale
A1.4 Analiza cu MEF a a elementelor testate si calibrarea unui model de calcul. Studiu parametric
A1.5 Diseminarea rezultatelor prin publicarea de aricola in reviste cotate ISI si BDI, si prin participarea la conferinte internationale de specialitate in domeniu
O2. . Teste experimentale pe cadre metalice parter, prevăzute cu legaturi laterale. Faza I.
A2.1 Documentare
A2.2 Proiectarea cadrelor ce urmează a fi testate
A2.3 Achiziționarea parțiala a specimenelor ce urmează a fi testate
A2.4 Diseminarea rezultatelor prin publicarea de aricola in reviste cotate ISI si BDI, si prin participarea la conferinte internationale de specialitate in domeniu
A2.5 Intocmirea raportului anual de cercetare
3.3.2 Rezultate obținute 2012
Tabelul. Geometrica elementelor testate
| An | Stalp | Cod | fy | Hmin | Hmax | Bf | Tf | Tw | Clasa (SR-EN1993-1-) |
||
| N/mm2 | mm | mm | mm | mm | mm | Inima | Talpa | Secț. | |||
| 2011 | S1 | C1_8 | 275 | 250 | 600 | 200 | 10 | 8 | 3 | 3 | 3 |
| S1 | C2_6 | 275 | 250 | 600 | 200 | 10 | 6 | 4 | 3 | 4 | |
| 2012 | S2 | C3_8 | 355 | 250 | 600 | 160 | 10 | 8 | 3 | 2 | 3 |
| S3 | C4_6 | 355 | 250 | 600 | 160 | 10 | 6 | 4 | 2 | 4 | |
| S4 | C5_8 | 355 | 250 | 600 | 180 | 10 | 8 | 3 | 3 | 3 | |
| S5 | C6_6 | 355 | 250 | 600 | 180 | 10 | 6 | 4 | 3 | 4 | |
Tabelul. Rezultate teste experimentale
| Mu | Mel | My,c,Rd | Componenta rezistenta |
Mod cedare |
||
| [kN] | [kN] | [kN] | ||||
| C3-8 | S2-NR | 456.89 | 443.28 | 483.49 | 0.9168 | stabilitate |
| S2-LR | 456.09 | 430.64 | 0.8907 | stabilitate | ||
| S2-TR | 566.29 | 537.39 | 1.1115 | rezistenta | ||
| C4-6 | S3-NR | 387.70 | 376.44 | 445.0075 | 0.8459 | stabilitate |
| S3-LR | 446.38 | 431.50 | 0.9697 | stabilitate | ||
| S3-TR | 509.81 | 492.18 | 1.1060 | rezistenta | ||
| C5-8 | S4-NR | 541.47 | 521.98 | 524.6837 | 0.9949 | stabilitate |
| S4-LR | 528.48 | 501.80 | 0.9564 | stabilitate | ||
| S4-TR | 582.27 | 565.96 | 1.0787 | rezistenta | ||
| C6-6 | S5-NR | 485.10 | 465.76 | 486.2033 | 0.9580 | stabilitate |
| S5-LR | 438.91 | 419.52 | 0.8628 | stabilitate | ||
| S5-TR | 527.35 | 511.36 | 1.0517 | rezistenta |
|
|
 |
| a) 8_NR | b) 8_LR | c) 8_TR |
Figura 6. Moduri de cedare elemente cu inima de 8 mm
 |
 |
 |
| a)6_NR | b)6_LR | c)6_TR |
Figura 7. Moduri de cedare elemente cu inima de 6 mm
Figura. Moduri de cedare specimene testate - Centralizare
|
 |
Figura. Aranjament experimental pentru testarea unui jumătate de cadru.
Figura 10. Curbe de comportament forța deplasare
 |
 |
 |
 |
| g140_s160_i6 | g140_s160_i8 | g160_s160_i6 | g160_s160_i8 |
Figura 11. Moduri de cedare cadre
3.3.3 Articole publicate 2012
I.M. Cristutiu & D.L. Nunes - Influence of the initial imperfections on the seismic performance of pitched roof portal frames made of welded non-prismatic plated elements. STESSA 2012 - Behaviour of Steel Structures in Seismic Areas” care va avea loc in perioada 9-11 ianuarie 2012 in localitatea Santiago de Chile, Chile (ISI)
Zs. Nagy, I. M. Cristutiu & D.L. Nunes - Seismic behaviour of a large span welded steel structure considering lateral restraints and initial imperfections: a case study. STESSA 2012 - Behaviour of Steel Structures in Seismic Areas” care va avea loc in perioada 9-11 ianuarie 2012 in localitatea Santiago de Chile, Chile (ISI)
I.M. Cristutiu & D.L. Nunes - Out of plane behaviour of pitched-roof single storey frames with tapered members considering lateral restraints, 10-th International Conference on Advances on Steel Concrete Composite and Hybrid Structures”, Singapore, Singapore (ISI)
I. M. Cristutiu, Zs. Nagy - Behaviour of a large steel pitched-roof portal frame with welded plate tapered members and king post truss rafter at the mid span. 10-th International Conference on Advances on Steel Concrete Composite and Hybrid Structures”, Singapore, Singapore (ISI)
I.M. Cristutiu, A.I. Dogariu - Behaviour of beam-column elements with variable I cross sectionsconsidering lateral restraints, CST2012 The Eleventh International Conference on Computational Structures Technology”, Dubrovnik, Croatia
I.M. Cristutiu, D.L. Nunes - Imperfection sensitivity analysis on the behaviour of single storey frames with tapered web members, CST2012 The Eleventh International Conference on Computational Structures Technology”, Dubrovnik, Croatia
I.M. Cristutiu ,D.L. Nunes, A. Dogariu - Experimental study on laterally restrained steel columns with variable I cross sections, International Journal Of Steel and Composite Structures, vol 13, no 3, sept 2012 (ISI)
I.M. Cristutiu & D.L. Nunes - Experimental tests for the evaluation of the structural behavior of steel tapered beam-columns with I cross section and their knee connection, 2nd International Conference on Civil Engineering and Building Materials (CEBM 2012), Hong Kong, China (ISI)
Daniel Luis Nunes, Ionel Mircea Cristutiu - Influence of lateral restraints modeling in pitched-roof single storey frames with tapered members considering initial imperfections, First International Conference for PhD students in Civil Engineering “New Researcher Generation with Challenges in Civil Engineering” CE-PhD 2012, 4-7 November 2012,(BDI)
Daniel Luis Nunes, Ionel Mircea Cristutiu - EXPERIMENTAL STUDY ON THE BEHAVIOR OF TAPERED WEB ELEMENTS UNDER COMPRESSION AND BENDING MOMENT, „The 3rd Conference of the Young Researchers”14-15 nov. 2012, Bucuresti, Romania (BDI)
3.3.4 Participări conferințe 2012
09.01-11.01.2012 - STESSA 2012 - Behaviour of Steel Structures in Seismic Areas” care va avea loc in perioada 9-11 ianuarie 2012 in localitatea Santiago de Chile, Chile
02.07-04.07.2012 - 10-th International Conference on Advances on Steel Concrete Composite and Hybrid Structures”, Singapore, Singapore
04.09-07.09.2012 - CST2012 The Eleventh International Conference on Computational Structures Technology”, Dubrovnik, Croatia
04.11-07.1.2012 - First International Conference for PhD students in Civil Engineering “New Researcher Generation with Challenges in Civil Engineering” CE-PhD 2012, 4-7 November 2012,
14.11-15.11.2012 - „The 3rd Conference of the Young Researchers”14-15 nov. 2012, Bucuresti, Romania
17.11-18.11.2012 - 2nd International Conference on Civil Engineering and Building Materials (CEBM 2012), Hong Kong, China
3.4 Anul 2013
3.4.1. Obiective/activitati 2013
O1: Teste experimentale pe cadre metalice parter, prevazute cu legaturi laterale – faza II:
A1.1. Achizitionarea finala a specimenelor ce urmeaza a fi testate
A1.2 Realizarea testelor experimentale
A1.3 Interpretarea rezultatelor
A1.4 Diseminarea rezultatelor prin publicarea de aricole in reviste cotate ISI si BDI, si prin participarea la conferințe internaționale de specialitate in domeniu
O2: Calibrarea si studiu parametric privind comportamentul cadrelor metalice realizate din elemente cu sectiuni variabile
A2.1. Documentare
A2.2 Analiza MEF-calibrarea modelului de calcul
A2.3 Comparatii rezultate MEF-Analitic
A2.4 Diseminarea rezultatelor prin publicarea de aricole in reviste cotate ISI si BDI, si prin participarea la conferințe internaționale de specialitate in domeniu
O3: Redactarea si prezentarea raportului final de cercetare
A3.1. Redactarea si prezentarea raportului final de cercetare si publicarea acestuaia la o editura recunoscuta CNCSIS.
3.4.2 Rezultate obținute 2013
Teste realizate – dimensiunea elementelor
| Codificare | Latime talpa grinda+st [mm] | Grosime inima [mm] | Grosime talpa [mm] | Inaltime sectiune [mm] | Leg laterale |
| C160-6-NR | 160 | 6 | 10 | 650 | Fara |
| C160-8-NR | 160 | 8 | 10 | 650 | Fara |
| C180-6-NR | 180 | 6 | 10 | 650 | Fara |
| C180-8-NR | 180 | 8 | 10 | 650 | Fara |
| C160-6-TR | 160 | 6 | 10 | 650 | Torsionale |
| C160-8-TR | 160 | 8 | 10 | 650 | Torsionale |
| C180-6-TR | 180 | 6 | 10 | 650 | Torsionale |
| C180-8-TR | 180 | 8 | 10 | 650 | Torsionale |
 |
 |
Fig. Ansamblu Experimental
|
|
|
|
| C160-6-NR | C160-8-NR | C180-6-NR | C180-8-NR |
Fig.Moduri de cedare
 |
 |
 |
 |
Fig. Curbe de comportament teste experimentale
3.4.3 Articole publicate 2013
M. Cristutiu, D. Nunes, A. Dogariu - Steel members with variable I cross sections under bending and compression with lateral restraints- behaviour by experimental test. Proc. Of Design Fabrication and Economy of Metal Structures 2013, MisKolc-Hungary, April 24, 2013 – April 26, 2013
M. Cristutiu & D. Nunes - Advanced FEM analysis of steel pitched-roof portal frames with tapered members. Advanced Materials Research Vol. 710 (2013) pp 358-361 © (2013) Trans Tech Publications, Switzerland doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.710.358
M. Cristutiu & A. Dogariu - Local and global stability of I steel members with tapered web via advanced nonlinear analysis. Advanced Materials Research Vol. 710 (2013) pp 372-375 © (2013) Trans Tech Publications, Switzerland doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.710.372.
M. Cristutiu & D. Nunes - Experimental tests on steel members with variable I welded section, Proc. Of. 2-nd International Conference of Structures and Architecture. STRUCTURES AND ARCHITECTURE – Concepts, Applications and Challenges, Guimaraes, Portugalia, 24-26 iulie 2013, acceptata spre publicare. CRC Press/Balkema
M. Cristutiu & D. Nunes - Influence of the cross section slenderness on the buckling behaviour of steel welded tapered beam-column, THE F IFTH I NTERNATIONAL C ONFERENCE ON S TRUCTURAL E NGINEERING , MECHANICS AND C OMPUTATION (SEMC 2013 ) CAPE T OWN , S OUTH A FRICA. − 2-4 S EPTEMBER 2013, acceptate spre publicare
M. Cristutiu & D. Nunes - Behaviour of pitched-roof portal frames with tapered web and flange members considering lateral restraints. THE F IFTH I NTERNATIONAL C ONFERENCE ON S TRUCTURAL E NGINEERING , MECHANICS AND C OMPUTATION (SEMC 2013 ) CAPE T OWN , S OUTH A FRICA. − 2-4 S EPTEMBER 2013, acceptate spre publicare
3.4.4 Participari conferinte 2013
24.07-26.07 2013- ICSA 2013 -2-nd International Conference of Structures and Architecture. STRUCTURES AND ARCHITECTURE – Concepts, Applications and Challenges, Guimaraes, Portugalia, 24-26 iulie 2013