Advanced Analysis of Steel Structures
Translated title
Avanceret analyse of stålkonstruktioner
Authors
Gulbrandsen, Maria ; Petersen, Rasmus
Term
4. term
Education
Publication year
2013
Submitted on
2013-06-07
Pages
127
Abstract
I de senere år er flere landbrugsbygninger og sportsarenaer i Skandinavien kollapset under kraftige snefald. Snebelastninger skaber trykkræfter og bøjningsmomenter i stålrammer. Ved kontrol i brudgrænsetilstand kan dette udløse global instabilitet i form af knækning eller lateral torsionsknækning. Eurocode giver flere metoder til at vurdere stabilitet; nogle er mere forenklede end andre, og den beregnede udnyttelsesgrad (hvor stor en del af konstruktionens kapacitet der udnyttes) kan derfor afhænge af den valgte metode. Denne afhandling undersøger en reference-stålramme med hængslede (simple) understøtninger og dens opførsel bestemt af global instabilitet. Udnyttelsesgrader beregnet med to Eurocode-tilgange sammenlignes: Interaktionsformlerne i afsnit 6.3.3 og den Generelle metode i afsnit 6.3.4 i European Standard [2005a]. Interaktionsformlerne vurderer direkte udnyttelse om y- eller z-aksen for et element udsat for kombineret bøjning og aksialt tryk og tager højde for både knækning og lateral torsionsknækning. Metodens nøjagtighed afhænger stærkt af antagelser om understøtningsforhold og af interaktionsfaktorer, som bygger på den antagne momentfordeling. Den Generelle metode bygger på to mindste lastforstærkningsfaktorer: alpha_ult,k for i-plan opførsel og alpha_cr,op for uden-for-plan opførsel. Disse kan findes ved hjælp af en endelig element-analyse. I dette arbejde anvendes Abaqus/CAE. En todimensionel bjælkemodel giver en last-forskydningskurve, hvorfra alpha_ult,k bestemmes via forholdet mellem en maksimal og en aktuel jævnt fordelt linjelast (q_max/q_actual). En tredimensionel skalmodel bruges til en egenværdibaseret knækanalyse; den første uden-for-plan egenværdi, lambda_cr, svarer til alpha_cr,op. De to forstærkningsfaktorer bruges derefter til at bestemme udnyttelsesgraden med den Generelle metode. Til sidst sammenlignes resultaterne fra Interaktionsformlerne og den Generelle metode for at se, om de giver ens eller forskellige vurderinger. Et parameterstudie undersøger, hvordan et skivevægssystem, ekstra fork supports eller en ændring af stålprofil påvirker resultaterne.
In recent years, several agricultural buildings and sports arenas in Scandinavia have collapsed during heavy snowfall. Snow loads create compression forces and bending moments in steel frames. In ultimate limit state checks, these effects can trigger global instability in the form of buckling or lateral-torsional buckling. The Eurocode offers several ways to assess stability; some are more simplified than others, so the calculated utilization ratio (how much of the structure’s capacity is used) may depend on the chosen method. This thesis studies a reference steel frame with pinned (simple) supports and examines its behavior governed by global instability. It compares utilization ratios obtained with two Eurocode approaches: the Interaction Formulae in Clause 6.3.3 and the General Method in Clause 6.3.4 of European Standard [2005a]. The Interaction Formulae directly evaluate utilization about the y or z axis of a member under combined bending and axial compression, accounting for both buckling and lateral-torsional buckling. The accuracy of this approach depends strongly on the assumed support conditions and on interaction factors linked to how the bending moment is distributed. The General Method is based on two minimum load amplifiers: alpha_ult,k for in-plane behavior and alpha_cr,op for out-of-plane behavior. These amplifiers can be found using finite element analysis. In this work, Abaqus/CAE is used. A two-dimensional beam model produces a load–displacement curve, from which alpha_ult,k is obtained via the ratio between a maximum and an actual uniformly distributed line load (q_max/q_actual). A three-dimensional shell model is used for an eigenvalue buckle analysis; the first out-of-plane eigenvalue, lambda_cr, equals alpha_cr,op. These two amplifiers are then used to determine the utilization ratio with the General Method. Finally, results from the Interaction Formulae and the General Method are compared to see whether they agree or differ. A parameter study explores how adding a shear wall system, providing additional fork supports, or changing the steel profile influences the results.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords
Documents