Avanceret analyse of stålkonstruktioner

Studenteropgave: Speciale (inkl. HD afgangsprojekt)

  • Maria Gulbrandsen
  • Rasmus Petersen
4. semester, Bygge- og anlægskonstruktion, Kandidat (Kandidatuddannelse)
Gennem de seneste år er adskillige landbrugsbygninger og sportshaller i Skandinavien kollapset
grundet kraftigt snefald. Belastningerne på grund af et snefald resulterer i trykkræfter og
bøjningsmomenter, som er vigtige faktorer, når en stålramme analyseres i brudgrænsetilstanden.
Disse kræfter og momenter kan give overordnet instabilitet of stålrammen udtrykt som enten
udknæknings eller kipningsbrud.
Den europæiske dimensioneringsnorm Eurocode (EC) præsenterer en række forskellige metoder
for at analysere stabiliteten af en stålramme. Nogle af disse metoder er mere forenklende end
andre, og derfor er det endelige resultat - udnyttelsesgraden - muligvis påvirket af den valgte
metode for stabilitetsanalysen af en stålramme.
Dette kandidatspeciale undersøger opførslen af en fast simpelt understøttet referenceramme
konstrueret i stål i forhold til overordnet instabilitet. Undersøgelsen er udført ved at sammenligne
udnyttelsesgraderne bestemt henholdsvis ved interaktionsformlen givet i punkt 6.3.3 og ved den
generelle metode givet i punkt 6.3.4 i European Standard [2005a].
Interaktionsformlen bestemmer direkte udnyttelsesgraden omkring enten y- eller z-aksen af et
element, som er udsat for kombineret bøjning og aksialt tryk. Denne metode tager også højde for
både udknækning og kipning. Præcisionen af denne metode afhænger betydeligt af antagelserne
for understøtningsforholdene for elementet og interaktionsfaktorerne, som er baseret på, hvordan
momentet er antaget at være fordelt.
Den generelle metode er baseret på bestemmelsen af to mindste lastforøgelser, alfa_ult,k og alfa_cr,op,
relateret til henholdsvis opførslen af en ramme i planen og ud af planen. Denne metode tillader
at gøre brug af en Finite Element analyse til at bestemme de to mindste lastforøgelser. Finite
Element analysen er udført med Abaqus/CAE, som er et ingeniørteknisk simulationsprogram.
En todimensionel bjælkeelementmodel er sat op for bestemmelsen af den mindste lastforøgelse
i planen, alfa_ult,k, og ved brug af den model er en arbejdskurve optegnet til at bestemme alfa_ult,k ved
forholdet mellem henholdsvis en maksimal og en aktuel jævnt fordelt linjelast, q_max og q_actual. Den
mindste lastforøgelse ud af planen, alfa_cr,op, er bestemt ved en tredimensionel skalelementmodel,
hvor et egenværdiproblem er løst ved en buleanalyse udført i Abaqus/CAE. Egenværdien, lambda_cr,
relateret til den færste udknækningstilstand ud af planen er lig med den mindste lastforøgelse,
alfa_cr,op, for opførslen af rammen ud af planen. Disse to mindste lastforøgelser er brugt til at
bestemme udnyttelsesgraden med den generelle metode.
Udnyttelsesgraderne bestemt ved henholdsvis interaktionsformlen og den generelle metode er
herefter sammenlignet for at se, om metoderne giver tilsvarende eller forskellige resultater.
I den sidste del af dette kandidatspeciale er et parameterstudie udført for at se, hvilken indflydelse
effekten af skivevirkning, supplerende gaffellejer eller en ændring af stålprofil kan have på
resultaterne fra de to Eurocode-metoder.
SprogEngelsk
Udgivelsesdato7 jun. 2013
Antal sider127
ID: 77336580