Investigations on torsion of the two-chords single laced members

The paper presents experimental and numerical studies to determine the equivalent second moment of area of the uniform torsion of the two-chord steel single laced members. The members are used as poles of railway traction network gates, and steel columns of framed buildings as well. The stiffness of uniform torsion of this kind of columns allows to the determine the critical loads of the spatial stability. The experimental studies have been realized on a single - span members with rotation arrested at their ends, loaded by a torque applied at the mid-span. The relationship between angle of rotation of the considered cross-section and the torque has been determined. Appropriate numerical model was created in the ABAQUS program, based on the finite element method. A very good compatibility has been observed between experimental and numerical studies. The equivalent second moment of area of the uniform torsion for analysed members has been determined by comparing the experimental and analytical results to those obtained from differential equation of non-uniform torsion, based on Vlasov’s theory. Additionally, the parametric analyses of similar members subjected to the uniform torsion, for the richer range of cross-sections have been carried out by the means of SOFiSTiK program. The purpose of the latter was determining parametrical formulas for calculation of the second moment of area of uniform torsion.

Przedstawiono badania doświadczalne mające na celu określenie zastępczego momentu bezwładności czystego skręcania dwugałęziowych prętów stalowych z pojedynczą płaszczyzną skratowań, zlokalizowanych w osi symetrii ich przekroju poprzecznego. Pręty takie stosowane są jako słupy konstrukcji wsporczych sieci trakcyjnej a także jako słupy hal. Sztywność czystego skręcania tego typu słupów niezbędna jest do wyznaczania obciążeń krytycznych stateczności przestrzennej. Badania doświadczalnie realizowano na modelach jednoprzęsłowych prętów widełkowo podpartych na końcach, poddanych skręcaniu skupionym momentem skręcającym przyłożonym w połowie rozpiętości. W badaniach modelowych określono m.in. zależność kąta skręcenia przekroju środkowego analizowanego pręta od obciążenia momentem skręcającym. Analogiczny model pręta rozwiązano numerycznie metodą elementów skończonych za pomocą programu ABAQUS. Otrzymano przy tym dobrą zgodność wyników badań doświadczalnych i numerycznych. Zastępczy moment bezwładności czystego skręcania analizowanych prętów wyznaczono przez porównanie wyników badań doświadczalnych i numerycznych z wynikami otrzymanymi z rozwiązania odpowiedniego równania różniczkowego nieswobodnego skręcania badanego pręta, sformułowanego w ujęciu teorii Własowa. Dodatkowo wykonano analizy parametryczne podobnych elementów poddanych czystemu skręcaniu o bogatszym asortymencie przekrojów w programie SOFiSTiK. Celem tych badań było wyznaczenie praktycznych wzorów umożliwiających teoretyczne obliczenie momentu bezwładności czystego skręcania.