Utnyttelse stålbjelke Vegard Fossbakken Stålbrudagen 2013

Transkript

1 Utnyttelse stålbjelke Vegard Fossbakken Stålbrudagen 2013

2 Blakkstadelvbrua E39 Astad-Knutset Gjemnes kommune 3 spenn: Samvirke Kasselandkar Frittstående søyler Fjell og løsmasser Beregnet med tre kjørefelt: 3 felt med jevnt fordelt last, V1 2 felt med aksellast, V1

3 Globalanalyse i RM Bridge

4 Ståltverrsnitt over indre støtte: virkelighet / analysemodell

5 Forskjeller gammel og ny standard Tillat spenning NS 3476 (samvirke): S355 ML, 16<t<40 fy = 345 N/mm^2 NS 3472 (stål): S355 ML, t<40 fy = 355 N/mm^2 NS-EN (stål): S355 ML, t<40 fy = 355 N/mm^2 Shear-lag Svensk "Håndboken bygg" Konstruktionsteknik 1985: beff=954mm NS-EN (stål, plater påkjent i plateplanet): beff=959mm Så langt maks spenningsutnyttelse uk steg etter elastisk bjelke teori Gammel standard 84 % utnyttelse Ny standard 82 % utnyttelse

6 Forskjeller gammel og ny standard Effektiv belastningslengde Endret Ly Overkritisk skjærkapasitet: Noe endret, kosmetisk Punkt last på steg: Uendret Momentkapasitet: Uendret Aksialkraft kapasitet Uendret Interaksjon skjer, moment og aksialkraft Noe endret, kosmetisk Interaksjon moment, aksial og punktlast Uendret Knekking av vertikal stiver Endret relativ slankhet Medfører ingen merkbare konsekvenser for resultatene

7 Abaqus: modellutsnitt RM Tråd-modell 8 m fra støtte 8 m fra støtte Abaqus Skall-modell En stålbjelke 1457,0 1457,0 Lastsituasjon Maks belastning Belastning modifisert for å gi ønsket snittkrefter ved opplager midt på utsnittet Snittkrefter ved opplager hentet fra RM resultater for BRD lasttilfelle ved maks moment og tilhørende krefter

8 Konservativt valg høy spenningsutnyttelse Ved opplager går skjærkraften over i opplagerkraft Men hvordan er spenningsfordelingen av opplagerkraften? Hva med når en andel av opplagerkraften går i stiveren og overføres som skjær i steget? Standarden sier at skjærkraft ikke skal medtas ved interaksjon nærmere opplager enn ½ steghøyde Regner spenninger fra full skjærkraft i steg i kombinasjon med full opplagerkraft fordelt i steg og stiver over opplager. Utgjør et tillegg på 11 % av spenningsutnyttelsen!

9 Beregningsreglene / Simulering numerisk modell Uten vertikal stiver over opplager, BRD Beregningsreglene Abaqus Utnyttelse knekking 1,57 (last på steg) 1,45 (Interaksjon) 1,10 Plastisk tøyning opptrer først ved Arc Lenght = 0,75 Figur: Opplagerreaksjoner og deformasjon Plastisk fiber ved 70 % av BRD-Last Plastisk i ytterste fiber

10 Beregningsreglene / Simulering numerisk modell Uten vertikal stiver over opplager, BRD Beregningsreglene Abaqus Utnyttelse knekking 1,57 (last på steg) 1,45 (Interaksjon) 1,10 Figur: Deformasjon x 30, Von Mises 35 mm nedbøyning ved 8 m fra støtte Spenningsplott fra envelope maks absolut Figur: Opplagerreaksjoner og deformasjon Brudd ved 90 % av BRD-Last Plastisk i ytterste fiber Brudd knekking

11 Beregningsreglene / Simulering numerisk modell Med vertikal stiver over opplager, BRD Beregningsreglene Abaqus Utnyttelse knekking 0,46 (last på steg) 0,50 (last på steg med noe interaksjon) 0,73 (Interaksjon) 0,65 (interaksjon) Bøyningsknekking stiver 0,50 - Figur: Opplagerkrefter og deformasjons plott Figur: Plastisk tøyning opptrer ved 140 % av BRD Plastisk i ytterste fiber

12 Beregningsreglene / Simulering numerisk modell Med vertikal stiver over opplager, BRD Beregningsreglene Abaqus Utnyttelse knekking 0,46 (last på steg) 0,50 (last på steg med noe interaksjon) 0,73 (Interaksjon) 0,65 (interaksjon) Bøyningsknekking stiver 0,50 - Figur: Opplagerkrefter og deformasjons plott Figur: spenningsbilde og deformasjon x 15, 150 % BRD Plastisk i ytterste fiber Brudd knekking

13 Beregningsreglene / Simulering numerisk modell Med vertikal stiver over opplager, BRD Beregningsreglene Abaqus (maks verdi, integrasjons punkt) Utnyttelse maks spenning uk steg 0,98 (0,87) 0,73 (x γμ = 0,80) Utnyttelse maks spenning uk flens 0,81 0,94 (x γμ = 1,03) Figur: Jevnføringsspenning, Deformasjon x 30

14 Beregningsreglene / Simulering numerisk modell Nedbøyning BRD RM Bridge 65 mm (i felt midte) 45 mm (8 m fra støtte) Abaqus (8 m fra støtte) vektet til midt felt 35 mm 65 mm Nedbøyning før plastisk tøyning - 50 mm 90 mm Nedbøyning før kollaps - 65 mm 120 mm 8 m fra støtte 8 m fra støtte

15 Feilkilder Abaqus-modell Kun et utsnitt: - ingen omlagringseffekt i felt og resten spennene - ingen omlagringseffekt i betong > krefter gjelder kun for et lastbilde, maks BRD last, > Når last økes i Abaqus: ikke i likevekt med globalanalyse RM > Øking av laster i globalanalysen gir ikke proporsjonale reaksjoner på alle snittkreftene Mangler spenninger i stål pga sveis Numerisk modell med tilnærming til geometri- og materialfeil Elementstørrelse er utslagsgivende på spissverdier Vanskelig å modellere riktige opplagerbetingelse