proracun - example cold formed steel

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  • 8/19/2019 Proracun - Example Cold Formed Steel

    1/10

    Document Ref: SX022a-EN-EU Sheet 1 of  8  

    Title

    CALCULATION SHEET

     Example: Calculation of effective section properties for a

     cold-formed lipped channel section in bending

    Eurocode Ref  EN 1993-1-3

    Made by V. Ungureanu, A. Ruff Date  Dec 2005

    Checked by  D. Dubina Date  Dec 2005

    Example: Calculation of effective sectionproperties for a cold-formed l ipped channelsection in bending

    This example deals with the effective properties calculation of a cold-

     formed lipped channel section subjected to bending about its major axis.

    For practical design of light gauge sections to EN1993, designers will normally use softwareor refer to manufacturers’ data. This example is presented for illustrative purposes

    Basic Data  

    The dimensions of the cross-section and the material properties are:

    Total height mm200h  

    Total width of flange in compression mm741 b  

    Total width of flange in tension mm662 b  

    Total width of edge fold mm8,20c  

    Internal radius mm3r   

     Nominal thickness mm2nom t   

    Steel core thickness mm96,1t   

    Basic yield strength 2yb mm N350 f   

    Modulus of elasticity2

    mm N210000 E   

    Poisson’s ratio 3,0  

    Partial factor 00,1M0    

    EN1993-1-3

    § 3.2.4(3)

    EN1993-1-3

    § 2(3)

    The dimensions of the section centre line are:

    Web height mm1982200nom p     t hh  

    Width of flange in compression mm72274nom1 p1     t bb  

    Width of flange in tension mm64266nom2 p2     t bb  

    Example: Calculation of effective section properties for a cold-formed lipped channel section in bending

       C  r

      e  a   t  e   d  o  n   W  e   d  n  e  s   d  a  y ,

       J  u   l  y   1   8 ,

       2   0   1   2

       T   h

       i  s  m  a   t  e  r   i  a   l   i  s  c  o  p  y  r   i  g   h   t  -  a   l   l  r   i  g   h   t  s  r  e  s  e  r  v  e   d .

       U  s  e  o   f   t   h

       i  s   d  o  c  u  m  e  n   t   i  s  s  u   b   j  e  c   t   t  o   t   h  e   t  e  r  m  s  a  n   d  c  o  n   d   i   t   i  o  n  s  o   f   t   h  e   A  c  c  e  s  s   S   t  e  e   l   L   i  c  e  n  c  e   A  g  r  e  e  m  e  n   t

  • 8/19/2019 Proracun - Example Cold Formed Steel

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    Document Ref: SX022a-EN-EU Sheet  2 of  8  

    Title

    CALCULATION SHEET

     Example: Calculation of effective section properties for a

     cold-formed lipped channel section in bending

    Eurocode Ref  EN 1993-1-3

    Made by V. Ungureanu, A. Ruff Date  Dec 2005

    Checked by  D. Dubina Date  Dec 2005

    Width of edge fold mm8,19228,202nom p     t cc  

    Checking of geometrical proportions

    The design method of EN1993-1-3 can be applied if the following conditions

    are satisfied:

    60t b   6075,3796,1741   t b  – OK

    50t c   5061,1096,18,20   t c  – OK

    500t h   50004,10296,1200   t h  – OK

    EN1993-1-3

    § 5.2

    In order to provide sufficient stiffness and to avoid primary buckling of the

    stiffener itself, the size of stiffener should be within the following range:

    6,02,0     bc   28,0748,201   bc   0,60,280,2    – OK

    32,0668,202   bc   0,60,320,2    – OK

    The influence of rounding of the corners is neglected if:

    5tr      553,196,13   t r   – OK

    10,0 p br    10,004,07231 p   br   – OK

    10,005,06432 p   br   – OK

    EN1993-1-3

    § 5.1(3)

    Gross section properties

      2 p p2 p1 p br 

    mm73219864728,19296,12     hbbct  A  

    Position of the neutral axis with respect to the flange in compression:

    mm88,96222 br 

    2 p

    2 p p p2 p p p

     b1  

     A

    t chhbchc z  

    Example: Calculation of effective section properties for a cold-formed lipped channel section in bending

       C  r  e  a   t  e   d  o  n   W  e   d  n  e  s   d  a  y ,

       J  u   l  y   1   8 ,

       2   0   1   2

       T   h

       i  s  m  a   t  e  r   i  a   l   i  s  c  o  p  y  r   i  g   h   t  -  a   l   l  r   i  g   h   t  s  r  e  s  e  r  v  e   d .

       U  s  e  o   f   t   h

       i  s   d  o  c  u  m  e  n   t   i  s  s  u   b   j  e  c   t   t  o   t   h  e   t  e  r  m  s  a  n   d  c  o  n   d   i   t   i  o  n  s  o   f   t   h  e   A  c  c  e  s  s   S   t  e  e   l   L   i  c  e  n  c  e   A  g  r  e  e  m  e  n   t

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    Document Ref: SX022a-EN-EU Sheet  3 of  8  

    Title

    CALCULATION SHEET

     Example: Calculation of effective section properties for a

     cold-formed lipped channel section in bending

    Eurocode Ref  EN 1993-1-3

    Made by V. Ungureanu, A. Ruff Date  Dec 2005

    Checked by  D. Dubina Date  Dec 2005

    Effective section properties of the flange and lip in compression

    The general (iterative) procedure is applied to calculate the effective

     properties of the compressed flange and the lip (plane element with edge

    stiffener). The calculation should be carried out in three steps:

    EN1993-1-3

    § 5.5.3.2

    Step 1:

    Obtain an initial effective cross-section for the stiffener using effective widths

    of the flange determined by assuming that the compressed flange is doubly

    supported, the stiffener gives full restraint (   K  ) and that design strength isnot reduced ( 0ybEd com, /  M  f         ).

    EN1993-1-3

    § 5.5.3.2 (3)

    Effective width of the compressed flange

    The stress ratio: 1   (uniform compression), so

    the buckling factor is: for internal compression element.4 k 

    yb235   f    

    The relative slenderness:

    789,043502354,28

    96,172

    4,28

     p1

     b p,   k 

    t b

        

    The width reduction factor is:

      914,0

    789,0

    13055,0789,03055,022

     b p,

     b p,

     

          

    The effective width is:

    mm865729140 p1eff    , ,bb       

    mm9328655050 eff e2e1   , , ,b ,bb    

    EN1993-1-3

    § 5.5.2

    and

    EN1993-1-5

    § 4.4

    Example: Calculation of effective section properties for a cold-formed lipped channel section in bending

       C  r  e  a   t  e   d  o  n   W  e   d  n  e  s   d  a  y ,

       J  u   l  y   1   8 ,

       2   0   1   2

       T   h

       i  s  m  a   t  e  r   i  a   l   i  s  c  o  p  y  r   i  g   h   t  -  a   l   l  r   i  g   h   t  s  r  e  s  e  r  v  e   d .

       U  s  e  o   f   t   h

       i  s   d  o  c  u  m  e  n   t   i  s  s  u   b   j  e  c   t   t  o   t   h  e   t  e  r  m  s  a  n   d  c  o  n   d   i   t   i  o  n  s  o   f   t   h  e   A  c  c  e  s  s   S   t  e  e   l   L   i  c  e  n  c  e   A  g  r  e  e  m  e  n   t

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    Document Ref: SX022a-EN-EU Sheet  4 of  8  

    Title

    CALCULATION SHEET

     Example: Calculation of effective section properties for a

     cold-formed lipped channel section in bending

    Eurocode Ref  EN 1993-1-3

    Made by V. Ungureanu, A. Ruff Date  Dec 2005

    Checked by  D. Dubina Date  Dec 2005

    Effective width of the edge fold

    The buckling factor is:

    if 35,0 p1c p,   bb : 5,0 k 

    if 6,035,0 p1c p,    bb : 3 2 p1c p, 35,083,05,0     bbk   

    35,0275,0728,19 p1c p,   bb   so 5,0 k   

    EN1993-1-3

    § 5.5.3.2 (5a)

    The relative slenderness:

    614,05,03502354,28

    96,18,19

    4,28

     p

     p,c   k 

    t c

        

    EN1993-1-5

    § 4.4

    The width reduction factor is:

    13,1614,0

    188,0614,0188,022

    c p,

    c p,

     

         

     but 1     so 1    

    The effective width is:

    mm8,198,191 peff      cc      

    Effective area of the edge stiffener:

    2eff e2s

    mm3,1038,199,3296,1     cbt  A  

    EN1993-1-3

    § 5.5.3.2 (5a)

     

    § 5.5.3.2 (6)

    Step 2:

    Use the initial effective cross-section of the stiffener to determine the

    reduction factor, allowing for the effects of the continuous spring restraint.

    EN1993-1-3

    § 5.5.3.2 (3)

    The elastic critical buckling stress for the edge stiffener is

    s

    s

    scr  A

     I  E K 2,      

    where:

    EN1993-1-3

    § 5.5.3.2 (7)

    Example: Calculation of effective section properties for a cold-formed lipped channel section in bending

       C  r  e  a   t  e   d  o  n   W  e   d  n  e  s   d  a  y ,

       J  u   l  y   1   8 ,

       2   0   1   2

       T   h

       i  s  m  a   t  e  r   i  a   l   i  s  c  o  p  y  r   i  g   h   t  -  a   l   l  r   i  g   h   t  s  r  e  s  e  r  v  e   d .

       U  s  e  o   f   t   h

       i  s   d  o  c  u  m  e  n   t   i  s  s  u   b   j  e  c   t   t  o   t   h  e   t  e  r  m  s  a  n   d  c  o  n   d   i   t   i  o  n  s  o   f   t   h  e   A  c  c  e  s  s   S   t  e  e   l   L   i  c  e  n  c  e   A  g  r  e  e  m  e  n   t

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    Document Ref: SX022a-EN-EU Sheet  5 of  8  

    Title

    CALCULATION SHEET

     Example: Calculation of effective section properties for a

     cold-formed lipped channel section in bending

    Eurocode Ref  EN 1993-1-3

    Made by V. Ungureanu, A. Ruff Date  Dec 2005

    Checked by  D. Dubina Date  Dec 2005

    K  is the spring stiffness per unit length:

    f  p21

    3

    1 p

    2

    1

    2

    3

    5,0

    1

    )1(4   k hbbbhb

    t  E K 

      

    with:

    1b  – distance from the web to the centre of the effective area of the stiffener in

    compression (upper flange)

    EN1993-1-3

    § 5.5.3.1(5)

    mm73,6196,1)8,199,32(

    29,3296,19,3272

    )(

    2

    eff e2

    e2e2 p11  

    t cb

    bt bbb  

    0f  k   for bending about the y-y axis

    mm N439,0K   

    s I   is the effective second moment of area of the stiffener:

    2

    eff e2

    2

    eff eff eff 

    2

    eff e2

    2

    eff e2

    3

    eff 

    3

    e2s

    2221212 

    cb

    cct c

    cb

    ct b

    t ct b I 

    4

    s mm3663 I   

    so, the elastic critical buckling stress for the edge stiffener is

    2

    scr, mm N78,3553,103

    3663210000439,02

       

    Example: Calculation of effective section properties for a cold-formed lipped channel section in bending

       C  r  e  a   t  e   d  o  n   W  e   d  n  e  s   d  a  y ,

       J  u   l  y   1   8 ,

       2   0   1   2

       T   h

       i  s  m  a   t  e  r   i  a   l   i  s  c  o  p  y  r   i  g   h   t  -  a   l   l  r   i  g   h   t  s  r  e  s  e  r  v  e   d .

       U  s  e  o   f   t   h

       i  s   d  o  c  u  m  e  n   t   i  s  s  u   b   j  e  c   t   t  o   t   h  e   t  e  r  m  s  a  n   d  c  o  n   d   i   t   i  o  n  s  o   f   t   h  e   A  c  c  e  s  s   S   t  e  e   l   L   i  c  e  n  c  e   A  g  r  e  e  m  e  n   t

  • 8/19/2019 Proracun - Example Cold Formed Steel

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    Document Ref: SX022a-EN-EU Sheet 6  of  8  

    Title

    CALCULATION SHEET

     Example: Calculation of effective section properties for a

     cold-formed lipped channel section in bending

    Eurocode Ref  EN 1993-1-3

    Made by V. Ungureanu, A. Ruff Date  Dec 2005

    Checked by  D. Dubina Date  Dec 2005

    Thickness reduction factor   d  for the edge stiffener

    The relative slenderness:

    992,078,355350scr,ybd           f   

    The reduction factor will be:

    if 65,0d      0,1d      

    if 38,165,0 d       d d  723,047,1          

    if 38,1d     

    d d 66,0         

    38,1992,065,0 d        so 753,0992,0723,047,1d        

    EN1993-1-3

    § 5.5.3.2 (3)

    Figure 5.10d

    EN1993-1-3

    § 5.5.3.1 (7)

    EN1993-1-5

    § 4.4 (2)

    Step 3:

    As the reduction factor for buckling of the stiffener is   d  < 1, iterate to refine

    the value of the reduction factor for buckling of the stiffener.

    EN1993-1-3

    § 5.5.3.2 (3)

    Figure 5.10e

    The iterations are carried out based on modified values of  obtained using:

    M0ybd iEd,com,          f    and d  pred  p,          

    The iteration stops when the reduction factor     converges.

    EN1993-1-3

    § 5.5.3.2 (10)

    Initial values (iteration 1): Final values (iteration n):

    753,0d       737,0nd,d          

    mm9,32e2 b   mm9,35ne2,e2   bb  

    mm8,19eff  c   mm8,19neff,eff    cc  

    Final values of effective properties for flange and lip in compression are:

    737,0d       mm9,35e2 b   mm8,19eff  c  

    and mm9,32e1 b

     

    Example: Calculation of effective section properties for a cold-formed lipped channel section in bending

       C  r  e  a   t  e   d  o  n   W  e   d  n  e  s   d  a  y ,

       J  u   l  y   1   8 ,

       2   0   1   2

       T   h

       i  s  m  a   t  e  r   i  a   l   i  s  c  o  p  y  r   i  g   h   t  -  a   l   l  r   i  g   h   t  s  r  e  s  e  r  v  e   d .

       U  s  e  o   f   t   h

       i  s   d  o  c  u  m  e  n   t   i  s  s  u   b   j  e  c   t   t  o   t   h  e   t  e  r  m  s  a  n   d  c  o  n   d   i   t   i  o  n  s  o   f   t   h  e   A  c  c  e  s  s   S   t  e  e   l   L   i  c  e  n  c  e   A  g  r  e  e  m  e  n   t

  • 8/19/2019 Proracun - Example Cold Formed Steel

    7/10

    Document Ref: SX022a-EN-EU Sheet 7  of  8  

    Title

    CALCULATION SHEET

     Example: Calculation of effective section properties for a

     cold-formed lipped channel section in bending

    Eurocode Ref  EN 1993-1-3

    Made by V. Ungureanu, A. Ruff Date  Dec 2005

    Checked by  D. Dubina Date  Dec 2005

    mm44,1737,096,1d red       t t    EN1993-1-3

    § 5.5.3.2 (12)

    Effective section properties of the web

    The position of the neutral axis with regard to the flange in compression:

    d eff e2e1 p p2 p

    2

    eff 

    2

     p p p2 p p p

    c

    222

      

      

    cbbhbc

    chhbchch

      mm6,101c h  

    The stress ratio:

    949,06,1011986,101

    c

     pc

    h

    hh   

    The buckling factor: 2

    78,929,681,7      k  58,22 k   

    The relative slenderness:

    914,058,223502354,28

    96,1198

    4,28

     p

    h p,  

    t h

        

    EN1993-1-5

    § 4.4

    (Table 4.1)

    The width reduction factor is:

      959,0

    914,0

    949,03055,0914,03055,022

    h p,

    h p,

     

          

    Example: Calculation of effective section properties for a cold-formed lipped channel section in bending

       C  r  e  a   t  e   d  o  n   W  e   d  n  e  s   d  a  y ,

       J  u   l  y   1   8 ,

       2   0   1   2

       T   h

       i  s  m  a   t  e  r   i  a   l   i  s  c  o  p  y  r   i  g   h   t  -  a   l   l  r   i  g   h   t  s  r  e  s  e  r  v  e   d .

       U  s  e  o   f   t   h

       i  s   d  o  c  u  m  e  n   t   i  s  s  u   b   j  e  c   t   t  o   t   h  e   t  e  r  m  s  a  n   d  c  o  n   d   i   t   i  o  n  s  o   f   t   h  e   A  c  c  e  s  s   S   t  e  e   l   L   i  c  e  n  c  e   A  g  r  e  e  m  e  n   t

  • 8/19/2019 Proracun - Example Cold Formed Steel

    8/10

    Document Ref: SX022a-EN-EU Sheet 8 of  8  

    Title

    CALCULATION SHEET

     Example: Calculation of effective section properties for a

     cold-formed lipped channel section in bending

    Eurocode Ref  EN 1993-1-3

    Made by V. Ungureanu, A. Ruff Date  Dec 2005

    Checked by  D. Dubina Date  Dec 2005

    The effective width of the zone in compression of the web is:

    mm5,976,101959,0ceff      hh      

     Near the flange in compression:

    mm395,974,04,0 eff e1     hh  

     Near the neutral axis:

    mm5,585,976,06,0 eff e2     hh  

    The effective width of the web is:

     Near the flange in compression:

    mm39e11   hh  

     Near the flange in tension:

    mm9,1545,586,101198e2c p2     hhhh  

    Effective section properties

    Effective cross-section area:

    ])([ d eff 2e1e212 p peff     cbbhhbct  A    

    737,08,199,359,329,15439648,1996,1eff     A  

    2

    eff  mm2,689 A  

    Position of the neutral axis with regard to the flange in compression:

    eff 

    2

    eff 

    2

    12 p2 p p2 p p pc

    2222

     A

    chhhhhbchct  z

        

    mm3,102c  z  

    Example: Calculation of effective section properties for a cold-formed lipped channel section in bending

       C  r  e  a   t  e   d  o  n   W  e   d  n  e  s   d  a  y ,

       J  u   l  y   1   8 ,

       2   0   1   2

       T   h

       i  s  m  a   t  e  r   i  a   l   i  s  c  o  p  y  r   i  g   h   t  -  a   l   l  r   i  g   h   t  s  r  e  s  e  r  v  e   d .

       U  s  e  o   f   t   h

       i  s   d  o  c  u  m  e  n   t   i  s  s  u   b   j  e  c   t   t  o   t   h  e   t  e  r  m  s  a  n   d  c  o  n   d   i   t   i  o  n  s  o   f   t   h  e   A  c  c  e  s  s   S   t  e  e   l   L   i  c  e  n  c  e   A  g  r  e  e  m  e  n   t

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    Document Ref: SX022a-EN-EU Sheet  9 of  8  

    Title

    CALCULATION SHEET

     Example: Calculation of effective section properties for a

     cold-formed lipped channel section in bending

    Eurocode Ref  EN 1993-1-3

    Made by V. Ungureanu, A. Ruff Date  Dec 2005

    Checked by  D. Dubina Date  Dec 2005

    Position of the neutral axis with regard to the flange in tension:

    mm7,953,102198c pt     zh z  

    Second moment of area:

    2

    eff cd eff 

    2

    cd e2

    2

    ce1

    2

    1c1

    2

    2t2

    2

    t2 p

    2

     pt p

    3

    eff 

    3

    d e2

    3

    e1

    3

     p

    3

     p23

    2

    3

    1yeff,

    )2)(()(

    )2()2()2(

    12

    )(

    12

    )(

    1212121212

    c zt c zt b zt b

    h zt hh zt htzbc zt c

    t ct bt bt ct bt ht h I 

        

        

     

    4yeff, mm4140000 I   

    Effective section modulus:

    - with regard to the flange in compression

    3

    c

    yeff,

    cy,eff, mm404603,102

    4140000

     z

     I W   

    - with regard to the flange in tension

    3

    t

    yeff,

    ty,eff, mm432607,95

    4140000

     z

     I W   

    E x a m p l e : C a l c u l a t

       C

      r

      e

      a

       t

      e

       d

     

      o

      n

     

       W

      e

       d

      n

      e

      s

       d

      a

      y

     ,

     

       J

      u

       T

       h

       i

      s

     

      m

      a

       t

      e

      r

       i

      a

       l

     

       i

      s

     

      c

      o

      p

      y

      r

       i

      g

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    Example: Calculation of effective section properties for a cold-formed lippedchannel section in bending

    SX022a-EN-EU.doc

    Quality Record

    RESOURCE TITLE Example: Calculation of effective section properties for a cold-formedlipped channel section in bending

    Reference(s)

    ORIGINAL DOCUMENT

    Name Company Date

    Created by V. Ungureanu, A. Ruff BRITT Ltd. Timisoara,Romania

    05/12/2005

    Technical content checked by D. Dubina BRITT Ltd. Timisoara,Romania

    08/12/2005

    Editorial content checked by

    Technical content endorsed by thefollowing STEEL Partners:

    1. UK G W Owens SCI 12/4/06

    2. France  A Bureau CTICM 12/4/06

    3. Sweden B Uppfeldt SBI 11/4/06

    4. Germany C Müller RWTH 11/4/06

    5. Spain J Chica Labein 12/4/06

    Resource approved by TechnicalCoordinator

    G W Owens SCI 23/08/06

    TRANSLATED DOCUMENT

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    Example: Calculation of effective section properties for a cold-formed lipped channel section in bending

       C  r  e  a   t  e   d  o  n   W  e   d  n  e  s   d  a  y ,

       J  u   l  y   1   8 ,

       2   0   1   2

       T   h

       i  s  m  a   t  e  r   i  a   l   i  s  c  o  p  y  r   i  g   h   t  -  a   l   l  r   i  g   h   t  s  r  e  s  e  r  v  e   d .

       U  s  e  o   f   t   h

       i  s   d  o  c  u  m  e  n   t   i  s  s  u   b   j  e  c   t   t  o   t   h  e   t  e  r  m  s  a  n   d  c  o  n   d   i   t   i  o  n  s  o   f   t   h  e   A  c  c  e  s  s   S   t  e  e   l   L   i  c  e  n  c  e   A  g  r  e  e  m  e  n   t