Beregning av platekonstruksjoner med store åpninger

Transkript

1 Kurs Nils Chr Hagen Stål-consult A/S Beregning av platekonstruksjoner med store åpninger

2 Innholdsfortegnelse Bakgrunn og motivasjon Numeriske analyser Foreslått design-modell Tilpassingsfaktorer Beregningseksempler Verifisering Konklusjoner

3 Bakgrunn og motivasjon Undersøkelse av skjærkapasitet for platebærere med hull i livet, penetrasjoner, utsparinger eller åpninger i steget Motivert av at det trengs enkle retningslinjer, som kan brukes i praktisk dimensjonering i bygningsindustrien og for offshorekonstruksjoner

4 Enkle formler vil alltid være etterspurt, fordi verdien av enhver beregning synker raskt, hvis den ikke er utført før dimensjonene er frosset.

5 Hagen, NC, Larsen, PK, Aalberg, A. Shear capacity of steel plate girders with large web openings Part I: Modeling and simulations. Journal of Constructional Steel Research 2009:65(1): Hagen, NC, Larsen, PK. Shear capacity of steel plate girders with large web openings Part II: Design guidelines. Journal of Constructional Steel Research 2009:65(1):151-8.

6 Numeriske analyser

7 Krefter rundt åpningen Fig Forces at web opening

8 Resulterende spenninger ved åpningen Fig Resulting bending stresses in both ends of a web opening

9 Lastbærende teorier Metoder basert på tillatte spenninger krav til styrke forenklet skjær-knekning rotert spennings-felt modifisert Vierendeel-metode strekk-felt stressed skin

10 Statisk system for simuleringene Fig Static system of simulations

11 Typisk modell Fig FE-model of girder with circular opening, including lever arm

12 Responskurve for skjærkraft Fig Response curve for Girder H125C50

13 Sideveis forskyvninger

14 Responskurve for sideveis forskyvning av steget

15 Spenninger i steget

16 Primærfaktorene h/t D/h f y a/h høyde-tykkelses-forholdet diameter-høyde-forholdet flytespenningen aspekt-forholdet

17 Sekundærfaktorene Form på åpningen Forsterkning rundt åpningen Forsterkninger på en eller begge sider av steget Vertikal posisjon av åpningen En enkelt eller flere åpninger tett sammen Avstand mellom åpningene

18 Tertiærfaktorene Platebærerens flenser, det vil si areal bøyestivhet torsjonsstivhet

19

20

21 Foreslåtte retningslinjer for design

22 V bw, Rd w f yw 3 M1 ht for platebærer uten åpning V bw,mod, Rd 1 D h h c 2 w f yw 3 M1 ht for platebærer med åpning(er)

23

24

25 Enkel sirkulær åpning

26 Enkel ikke-sirkulær åpning

27 Enkel ikke-sirkulær åpning (forts) c 2 c 2, basic 3 0,5Da r 4 st red 2 3 r red r 2r D a 2

28

29

30 Enkel åpning med horisontal forsterkning

31 Enkel åpning med horisontal forsterkning (forts) Ar c2 c2, rein c2, basic (1 c2, basic) 1,0 A r,max A r,max D t 2 a 3

32 Enkel åpning med ringforsterkning eller doblingsplater

33 Enkel åpning med ringforsterkning eller doblingsplater (forts) c 2, sleeve 1 c 2, basic 1 w for w 1 D h h c 2, sleeve c 2, basic Dh h D 1 h h for w 1 D h h

34

35

36 Enkel åpning med vertikal forskyvning

37 Enkel åpning med vertikal forskyvning (forts) c2, tst c2, bsb ed 2,, 1 h c offset rec 2 2 for w D 1 h h h h 0,5 c2, tst c2, bsb ed 2 2,, 1 h c offset rec 8 2 w for w D 1 h h h h 0,5

38 To åpninger tett sammen

39

40

41

42

43 c 2D 2, two c2, I for Sa a S a c2, two c2, I ( c2, I c2, II ) 1 for Sa 2D 2D a a

44 V bw,mod cutoff, Rd c1 D h h f M1 yw 3

45 Sveis og forankringslengder

46 M M Ed mod, Rd 3 V V Ed bw,mod, Rd 3 1

47 Samvirke av primærmoment og skjær (forts)

48

49 Beregningseksempel 1 En platebærer med steghøyde 1000 mm og tykkelse 8 mm skal ha en kvadratisk åpning 500 x 500 mm uten forsterkninger. Horisontal senterlinje av åpningen er i horisontal senterlinje av platebæreren. Flenser 30x300 mm. Hjørneradius 32 mm. Materiale S420N. Finn skjærkraftkapasiteten. w r w 1 37,4 k h t 1 37,40,75 1,37 1,37 0,53 0,7 0,7 1,89 2r r D a w , 52 red c V 3 0,5Da r 4 st mm 5, , , , bw,mod, Rd 1 red D h a c2 w 0,50 0,66 0,53 f yw 3 M 1 ht ,15 0, kn

50 Beregningseksempel 2 Hva kan skjærkraftkapasiteten for platebæreren i beregningseksempel 1 bli, dersom vi setter horisontale forsterkninger på begge sider av steget over og under åpningen? w 0, 66 A c 1,89, w 0,53, c2, basic D t a 2 r, max 1155 mm bruk 2PL10x60 Ar A alle som før r 1 c 0,66 0,34 1,0 1,01 1, 0 2 c2, basic 2, basic Ar,max mm 2 V bw,mod, Rd 1 D h a c2 w 0,50 1,00 0,53 f yw 3 M1 ht , kn w, mod se diagramneste lysbilde

51 w,mod d e c a f b w

52

53

54

55