Analysis of design parameters and weight characteristics of steel beams with flexible web
DOI:
https://doi.org/10.36910/6775-2410-6208-2026-15(25)-01Keywords:
beams with flexible web, rational beam height, conditional web flexibility, metal consumption.Abstract
The article presents the results of the analysis of the cross-sectional parameters and weight characteristics of steel beams with a flexible web. By experimentally designing beams with spans of 12…36 m under a load of 5…45 kN/m, the dependence of the rational cross-sectional height, conditional web flexibility and linear mass of beams on their span, linear load and design steel resistance were obtained and described by simple approximating expressions.
The calculations were performed using a calculation form developed in Microsoft Excel, which allows to select an I-beam cross-section with the minimum possible mass under the conditions of fulfilling the design requirements for beams with a flexible web, established by DBN V.2.6-198:2014 "Steel Structures". 75 I-beams were analyzed (5 values of span and load and 3 values of design steel resistance). For each combination of span and load, the rational web height is selected from several heights according to the criterion of the minimum linear mass of the I-beam or according to the stiffness criterion.
It has been established that the rational cross-section height, conditional web flexibility and metal content of I-beams generally increase with increasing span and linear load. An increase in the design steel resistance leads to a decrease in the height and metal content of beams of small spans under large loads, but can cause an increase in the height and metal content at large spans and small loads, when the stiffness criterion is decisive. This calls into question the feasibility of using high-strength steels for the manufacture of I-beams with flexible web.
The obtained dependencies allow to select the height and conditional web flexibility based on the given values of the span, linear load and design steel resistance, which ensure the selection of a rational cross-section of an I-beam with a flexible web, as well as to preliminarily estimate its metal content.
Downloads
References
1. Нілов О.О., Пермяков В.О., Шимановський О.В. та ін. Металеві конструкції: Загальний курс: Підручник для вищих навчальних закладів. Видання 2-е, переробл. і доповн. К.: Видавництво "Сталь", 2010, 869 с.
2. Царинник Ю.Ю. Металеві конструкції. Спецкурс: Навчальний посібник. Львів: Видавництво "Бескид Біт", 2004. – 304 с.
3. Білик С.І., Скляров І.О. Розвиток теорії розрахунку та проектування рамних каркасів змінного двотаврового перерізу з гнучкою стінкою. Містобудування та територіальне планування, 2010. Вип. 38, 48-56. http://nbuv.gov.ua/UJRN/MTP_2010_38_10
4. Скляров І.О. Перспективи розвитку рамних каркасів зі зварних двотаврів із гнучкою стінкою. Чернігівський науковий часопис. Серія 2, Техніка і природа.
№ 2 (2), 2011, 128-133. https://ir.stu.cn.ua/server/api/core/bitstreams/f624f56e-3ca9-4f74-ac28-116ea9ce2f4d/content
5. Шебанін В.С., Шебаніна Л.П., Богза В.Г. Розрахунок сталевих каркасів з універсальних елементів змінного перерізу з гнучкою стінкою. Вісник аграрної науки Причорномор’я, Випуск 3 (73), 2013, 180-185. https://dspace.mnau.edu.ua/jspui/bitstream/123456789/994/1/n73v3r2013shebanin.pdf
6. Гудзь С.А. Розрахунок тонкостінних сталевих балок на сумісну дію поперечного згину і кручення з урахуванням огороджувальних конструкцій. Современные строительные конструкции из металла и древесины, ч. 1., Одесса: ОГАСА, 2008, 48 – 53. https://reposit.nupp.edu.ua/handle/PoltNTU/974
7. Silva, Luís. (1999). Comparative Assessment of the Shear Strength of Slender Steel Beams. Archives of Civil Engineering. 45. 587-613. https://www.researchgate.net/publication/258833161_Comparative_Assessment_of_the_Shear_Strength_of_Slender_Steel_Beams
8. Martins Calisto, Caroline & Castro e Silva, Ana Lydia & Caldas, Rodrigo & Carvalho, Hermes. (2023). Numerical Model for Analysis of Compact and Slender Hybrid Steel Beams Subjected to Bending. Latin American Journal of Solids and Structures. 20. 1-18. e490. https://doi.org/10.1590/1679-78257411.
9. El Aghoury, Ihab & Ibrahim, Mohamed & Ibrahim, Sherif. (2020). Experimental and numerical investigation of ultimate shear strength of unstiffened slender web-tapered steel members. Journal of Constructional Steel Research. 148. https://doi.org/10.1016/j.tws.2020.106601.
10. ДБН В.2.6-198:2014. Сталеві конструкції. Норми проектування. Зі зміною № 1. К., 2022. – 220 с.
11. ДБН В.1.2-2:2006. Система забезпечення надійності та безпеки будівельних об'єктів. Навантаження і впливи. Норми проектування. Зі зміною №1 і №2. К.: Мінбуд України, 2020. – 68 с.
12. ДБН В.1.2-14-2018. Система забезпечення надійності та безпеки будівельних об'єктів. Загальні принципи забезпечення надійності та конструктивної безпеки будівель і споруд. Із зміною №1. К., 2022, 35 с.
13. ДСТУ Б В.1.2-3:2006. Прогини і переміщення. Вимоги проектування. К.: Мінбуд України, 2006, 9 с.
14. Пашинський В.А., Скриннік І.О., Харченко І.В., Хачатурян С.Л. Вагові характеристики та області раціонального використання сталевих балок у будівлях та конструкціях вантажопідйомних машин. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. Вип. 1(32). Кропивницький: ЦНТУ. 2019, 228-235. https://mapiea.kntu.kr.ua/pdf/1(32)/28.pdf
