Vékonyfalú, hidegen alakított szerkezetek vizsgálata (Analysis of cold-formed thin-walled structures)

Erre a témakiírásra nem lehet jelentkezni.
Nyilvántartási szám: 
19/16
Témavezető neve: 
Témavezető e-mail címe:
joo.attila@emk.bme.hu
A témavezető teljes publikációs listája az MTMT-ben:
A téma rövid leírása, a kidolgozandó feladat részletezése: 
A Hidak és Szerkezetek Tanszék munkatársai évtizedes múltra visszatekintve foglalkoztak vékonyfalú acélszerkezetekhez kapcsolódó alap és alkalmazott kutatással. A témában több doktori disszertáció készült, amelyekben kísérletekkel és numerikus módszerekkel vizsgáltak vékonyfalú, hidegen alakított szelvényű C- és Z-szelvényű gerendákat és oszlopokat szilárdsági és stabilitási szempontból. A vizsgálatok kiterjedtek különböző burkolati rendszerek (trapézlemezes burkolatok, korcolt tetőfedések) kísérleti és numerikus alapú szilárdsági vizsgálataira is. A Tanszék – ipari partnerekkel együttműködve – részt vett vékonyfalú C-elemekből álló tartószerkezeti rendszerek (rácsos tartó, öszvérfödém) és teljes épületrendszerek fejlesztésben is. A trapézlemezes burkolatok teljes épületszerkezetre gyakorolt merevítő hatását korábban numerikus modellel és teljes léptékű kísérletekkel is vizsgáltuk. Mindegyik esetben a kutatás eljutott odáig, hogy méretezési eljárást is javasoltunk, mind a szilárdsági, mint pedig a stabilitási tönkremenetelekre vonatkozóan. 
A vékonyfalú szerkezetek fejlődésével új termékek jelennek meg az ipari gyakorlatban, ezek közül a legfontosabb a szendvicsszerkezetű burkolat, amelynek méretezése és merevítő hatása egyenlőre nem megoldott. Szintén újabban felmerült szempont az emelt hőmérséklet hatása a burkolatok teherbírására és merevítő hatására. 
Az ilyen jellegű kutatások hagyományos módon, ipari partnerek bevonásával, hazai GINOP pályázat és Európai Uniós RFCS kutatás-fejlesztési pályázat keretein belül működtek. 
A doktori kutatás célja folytatni a korábban megkezdett vékonyfalú acélszerkezetekre és burkolati rendszerekre vonatkozó kutatásokat. Az újonnan megjelenő hidegen alakított vékonyfalú acélszelvények és burkolati rendszerek esetében is méretezési eljárásokat szükséges meghatározni, mert a meglévő vékonyfalú acélszerkezetekkel foglalkozó szabványban, az Eurocode 1993-1-3-ban csak a régebbi típusú szerkezetekre léteznek előírások, és az eddigi vizsgálataink azt mutatják, hogy azok nem alkalmazhatók az új szerkezetekre. Vizsgálataink három területre fókuszálnak:
Két területen már megkezdtük a kutatásokat, nevezetesen 
(i) vékonyfalú, hidegen alakított, de összetett szelvényeket vizsgáltunk, ahol a szilárdsági ellenálláson zárt szelvénnyé alakított övekkel próbáltuk javítani numerikus szimulációk segítségével. Ezen a területen további vizsgálatok szükségesek az összetett szelvények stabilitási jelenségének megértéséhez és méretezési eljárás kifejlesztéséhez. A másik esetben pedig 
(ii) szendvicspanelek megtámasztó hatását vizsgáltuk, szintén kísérleti és numerikus úton, nyomott-hajlított rúdelemek stabilitási tönkremenetelével szemben, de a teljes épületszerkezetre gyakorolt merevítő hatást még nem vizsgálták. A kutatás kimenetele ebben az esetben az ún. ”stressed-skin design”, mint szabványos méretezési eljárás kiterjesztése az új típusú szendvicspanelekre vonatkozóan. Szintén új témát jelent a 
(iii) teljes épületszerkezet (alacsonyabb rendű, nem lakóépület) összeállítása tisztán szendvicspanelek segítségével, elsődleges főtartó szerkezet nélkül. Ezt a kutatást egy már elnyert ipari K+F pályázat segíti. 
A kutatás kereteit továbbra is az ipari együttműködések határoznák meg, olyan pályázati lehetőség nyílnak a közeljövőben, melyek felerősítik az ipar és egyetem együttműködését. 
 
*******
 
The researchers at the Department of Structural Engineering have decades of applied research history on thin-walled steel structures. Several PhD dissertations were made in this topic, in which thin-walled, cold-formed C- and Z-section beams and columns were analyzed for strength and stability by experimental tests and numerical simulations. The research also included experimental and numerical strength analysis of certain cladding systems, particularly trapezoidal sheeting and seamed roofs. The Department has also participated in the development of structural systems created by thin-walled C-sections (trusses, and composite slabs) and complete building systems for its industrial partners. The stiffening effect of trapezoidal sheeting on the entire building was previously examined on numerical basis, but were also able to do full-scale tests on steel building stiffness. In each case, the research has reached the point where we have proposed design procedures for both strength and stability limit states.
With the ongoing development of thin-walled structures, newer and newer products are emerging in industrial practice, where the most important is the claddings made from sandwich panels, where the design for strength and stiffening effect are not solved yet. Also recently, the effect of elevated temperature on the load-bearing capacity and the stiffening effect of claddings has been raised.
Such research has traditionally been carried out with the involvement of industrial partners within the framework of national GINOP projects and the European Union founded RFCS research and development projects.
The aim of the doctoral research is to continue research on thin-walled steel structures and cladding systems that have been started earlier. It is also necessary for the newly developed cold-formed and thin-walled steel sections and cladding systems to determine design procedures, because there are regulations only for older structural systems in the existing thin-walled steel structure standard (Eurocode 1993-1-3), and our investigations showed so far that they are not applicable to the new structural systems. 
Our research focuses on three areas:
We have already started research in two areas, namely
(i) we analyzed thin-walled, cold formed, but complex sections, where we tried to improve the strength resistance with numerical simulations by using closed flanges. Further studies are needed in this area to understand the stability phenomenon of complex thin-walled profiles and to develop design processes. In the other case
(ii) the supporting effect of sandwich panels has been investigated, also experimentally and numerically against the stability failure of beam-column members, but the stiffening effect on the entire building structure has not yet been investigated. The outcome of this research can be the extension of the “stressed-skin design” method for the new sandwich panel types. It is also a new topic to
(iii) assemble a complete building structure (lower order, non-residential) using sandwich panels without primary main bearing structural elements. This research is supported by an already awarded industrial R&D project.
The financial framework of the research will be provided by industrial co-operations, because there will be new projects in the near future, which aim is to strengthen the cooperation between the industry and the University.
 
A téma meghatározó irodalma: 
1. W. Yu, R. A. LaBoube, Cold-Formed Steel Design, John Wiley & Sons, 2010.
2. EASIE, Ensuring Advancement in Sandwich Construction through Innovation and Exploitation, FP7-NMP2-SE-2008. Grant agreement No 213302, 2008-2013.
3. European Recommendations on the Stabilisation of Steel Structures by Sandwich Panels, ECCS, 2014.
4. T. Höglund, Stabilisation by stressed skin diaphragm action, The Swedish Institute of Steel Construction, Publication 174, 2002.
5. N. Tondini, A. Morbioli, Cross-sectional flexural capacity of cold-formed laterally-restrained steel rectangular hollow flange beams, Thin-Walled Structures, vol. 95, pp. 196-207, 2015.
6. N. Trahair, J. Papangelis, Lateral-distortional buckling of beams with hollow flanges and folded plate, Engineering Structures, vol. 163, pp. 71-76, 2018.
A téma hazai és nemzetközi folyóiratai: 
1. THIN-WALLED STRUCTURES
2. COMPUTERS AND STRUCTURES
3. INTERNATIONL JOURNAL OF STEEL STRUCTURES
4. ENGINEERING STRUCTURES
5. PERIODICA POLYTECHNICA CIVIL ENGINEERING
6. MATERIALS ENGINEERING
A témavezető utóbbi tíz évben megjelent 5 legfontosabb publikációja: 
1. A. Lendvai, A. L. Joó, L. Dunai, Experimental full-scale tests on steel portal frames for development of diaphragm action – Part I experimental results, Thin-Walled Structures, vol. 132, pp. 729-739, 2018.
2. A. Lendvai, A. L. Joó, Experimental full-scale tests on steel portal frames for development of diaphragm action – Part II Effect of structural components on shear flexibility, Thin-Walled Structures, vol. 132, pp. 740-758, 2018.
3. A. L. Joó, Á. Zsarnóczay, M. Opoldusz, L. P. Kollár, Applicability of Modal Response Spectrum Analysis on Rocking Structures In: Proceedings of the 16th World Conference on Earthquake Engineering, paper 3979, 10 p., 2017.
4. A. L. Joó, Gy. Kovács, L. Dunai, I. Kotormán, Development of a cold-formed thin-walled building system with large bay In: Proceedings of the 7th European Conference on Steel and Composite Structures, 6 p., 2014.
5. S. Ádány, A. L. Joó, B. W. Schafer, Buckling Mode Identification of Thin-Walled Members by using cFSM Base Functions, Thin-Walled Structures, vol. 48, pp. 806-817, 2010.
A témavezető fenti folyóiratokban megjelent 5 közleménye: 
1. A. Lendvai, A. L. Joó, L. Dunai, Experimental full-scale tests on steel portal frames for development of diaphragm action – Part I: Experimental results, Thin-Walled Structures, vol. 132, pp. 729-739, 2018.
2. A. Lendvai, A. L. Joó, Experimental full-scale tests on steel portal frames for development of diaphragm action – Part II: Effect of structural components on shear flexibility, Thin-Walled Structures, vol. 132, pp. 740-758, 2018.
3. S. Ádány, A. L. Joó, B. W. Schafer, Buckling Mode Identification of Thin-Walled Members by using cFSM Base Functions, Thin-Walled Structures, vol. 48, pp. 806-817, 2010.
4. A. L. Joó, S. Ádány, FEM-based approach for the stability design of thin-walled members by using cFSM base functions, Periodica Polytechnica - Civil Engineering vol. 53, pp. 61-74, 2009.
5. A. L. Joó, L. Dunai, M. Kálló, L. Kaltenbach, L. Köröndi, Experimental analysis of a Nielsen-type bridge model, Materials Engineering, vol. 12, 6 p., 2005.
Hallgató: 

A témavezető eddigi doktoranduszai

Kenéz Ágnes (2017/2022/)
Lendvai Anita (2014/2017/2020)
Eid Nathalie (2019//)
Státusz: 
elfogadott