Load-bearing capacity and second-order effects in slender prestressed columns

openaccess, Vol. 638 (10) 2025 / niedziela, 26 października, 2025

Nośność i efekty II rzędu w smukłych słupach sprężonych

(Open Access)

DOI: 10.15199/33.2025.10.12

citation/cytuj: Waśniewski T., Kołodziejczyk E. Load-bearing capacity and second-order effects in slender prestressed columns. Materiały Budowlane. 2025. Volume 638. Issue 10. Pages 101-112. DOI: 10.15199/33.2025.10.12

This paper is a numerical analysis of the load carrying capacity and behaviour under the load of slender prestressed columns. In slender cantilever columns, which are mainly used in sway frame structures, column slenderness and its sensitivity to second-order effects is an important issue. The effect of prestressing on the capacity of a section loaded by a normal force and a bending moment was analysed. It is shown that the presence of prestressing force affects the entire range of the interaction diagram. An analysis of the effect of prestressing stress on the overall eccentricity of a cantilever column is presented later in this paper. It is found that the prestressing force can effectively reduce the second-order effects of column.

Artykuł przedstawia numeryczną analizę nośności i zachowania smukłych słupów sprężonych pod obciążeniem. W smukłych słupach wspornikowych stosowanych przede wszystkim w nieusztywnionych ustrojach szkieletowych, istotnym problemem jest ich smukłość i wrażliwość na efekty II rzędu. Analizie poddano wpływ naprężenia sprężającego na nośność przekroju obciążonego siłą normalną i momentem zginającym. Wykazano, że obecność siły sprężającej ma wpływ na cały zakres krzywej interakcji. Ponadto przedstawiono analizę wpływu naprężenia sprężającego na mimośród całkowity słupa wspornikowego. Wykazano, że siła sprężająca może skutecznie ograniczyć efekty II rzędu.
columns; slender; prestressed; capacity; second order effects.

słupy; smukłe; sprężone; nośność; efekty II rzędu.
  1. Itaya R. Design and Uses of Prestressed Concrete Columns. PCI Journal. 1965. DOI: https://doi.org/10.15554/pcij.06011965.69.76.
  2. Rodriguez-Gutierrez JA, Dario Aristizabal-Ochoa J. Reinforced, Partially, and Fully Prestressed Slender Concrete Columns Under Biaxial Bneding and Axial Load. Journal of Structural Engineering. 2001; t. 127, nr 7.
  3. Zia P, Guillermo EC. Combined Bending and Axial Load in Prestressed Concrete Columns. PCI Journal. 1967; t. 12, nr 3, s. 52–59.
  4.  Durrani AJ, Elias HE. Confinement of Prestressed Concrete Columns. Journal – Prestressed Concrete Institute. 1988; t. 33, nr 3, s. 122–141.
  5. Mander JB, Priestley MJN, Park R. Theoretical Stress-Strain Model For Confined Concrete. Journal of Structural Engineering. 1988; t. 114, nr 8.
  6. Zerbe L, Vieira D, Belarbi A, Senouci A. Uniaxial compressive behavior of circular concrete columns actively confinedwithFe-SMAstrips.EngStruct. 2022. DOI: 10.1016/j.engstruct. 2022.113878.
  7.  Han T, Dong Z, Zhu H,Wu G, Zhao X. Compression behavior of concrete columns combinedly confined by FRP externally wrapped Fe-SMA strips. Eng Struct. 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.116754.
  8.  Abdelrahman K. Performance of Eccentrically Loaded Reinforced Concrete Columns Confined with Shape Memory Alloy Wires. University of Calgary, Calgary, 2017.
  9. Kluz T. Strunobetonowe wkładki deskowe. Warszawa: Budownictwo i Architektura, 1955.
  10.  Ajdukiewicz A, Mames J. Konstrukcje z betonu sprężonego. Kraków: Stowarzyszenie Producentów Cementu, 2008.
  11.  Czkwianianc A, Kamińska M. Metoda nieliniowej analizy żelbetowych elementów prętowych . PAN. KILiW, 1993.
  12. Kotynia R, Kaminska M. Ductility and failure mode of RC Beams Strengthened for Flexure with CFRP/Odkształcalność i sposób zniszczenia żelbetowych belek wzmocnionych na zginanie materiałami CFRP, t. 13. Łódź: 3 Department of Concrete Structures Technical University of Lodz, Poland , 2003.
  13. PN EN 1992-1-1 Eurocode 2: Projektowanie konstrukcji z betonu – Część 1-1: Reguły ogólne oraz reguły dla budynków, mostów i konstrukcji inżynierskich. Warszawa: PKN, 2024.
  14. Burgos RB, Silva LE. Evaluation of the P-Δ (P-Delta) effect in columns and frames using the two-cycle method based on the solution of the beam-column differential equation. MethodsX. 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j. mex. 2023.102248.
  15.  Mazzoni S, Mckenna F, Scott, MH, Fenves GL, IiiA. Open System for Earthquake Engineering Simulation (OpenSees) OpenSees Command Language Manual. 2006.
dr inż. Tomasz Waśniewski, Politechnika Łódzka, Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska
ORCID: 0000-0001-7303-4920
dr inż. Ewelina Kołodziejczyk, Politechnika Łódzka, Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska
ORCID: 0000-0002-3533-4145

dr inż. Tomasz Waśniewski, Politechnika Łódzka, Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska
ORCID: 0000-0001-7303-4920

Correspondence address: tomasz.wasniewski@p.lodz.pl

Full paper:

DOI: 10.15199/33.2025.10.12

Article in PDF file

Received: 06.03.2025 / Artykuł wpłynął do redakcji: 06.03.2025 r.
Revised: 07.05.2025 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 07.05.2025 r.
Published: 23.10.2025 / Opublikowano: 23.10.2025 r.