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Titelaufnahme

Titel
Untersuchungen zur Weiterentwicklung des numerischen Beulnachweises / Manuel Schwienbacher, BA
VerfasserSchwienbacher, Manuel
Begutachter / BegutachterinnenLener, Gerhard
Betreuer / BetreuerinnenLener, Gerhard
ErschienenInnsbruck, März 2018
Umfang149 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Innsbruck, Masterarbeit, 2018
Datum der AbgabeApril 2018
SpracheDeutsch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)Plattenbeulen
Schlagwörter (EN)plate buckling
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-24324 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
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Untersuchungen zur Weiterentwicklung des numerischen Beulnachweises [26.37 mb]
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Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Der Eurocode EN 1993-1-5 regelt den Nachweis des Plattenbeulens für schlanke, ausgesteifte Platten im Stahlbau. Das Plattenbeulen ist ein Stabilitätsproblem einer druckbeanspruchten Platte und kennzeichnet sich im Allgemeinen durch ein Versagen der Struktur vor Erreichen des plastischen Bauteilwiderstandes aus. Zur Nachweisführung stehen die Methode der effektiven Querschnitte (MEQ), die Methode der reduzierten Spannungen (MRS) sowie die Finite-Elemente-Methode (FEM) zur Verfügung. Für den analytischen Beulnachweis im Bereich des Brückenbaus kommt in Österreich die MRS zur Anwendung. Zunehmend gewinnt auch die Anwendung der FEM in der Ingenieurspraxis an Bedeutung, jedoch wird diese Methode nur informativ im Anhang C der EN 1993-1-5 behandelt. Neben der Berücksichtigung materieller und geometrischer Nicht-Linearitäten spielt hierbei insbesondere der Ansatz geometrischer und struktureller Imperfektionen eine wesentliche Rolle. Ist die getrennte Berücksichtigung besagter Imperfektionen nicht möglich, so bietet die Norm die Möglichkeit, geometrische Ersatzimperfektionen anzusetzen. Im Detail fehlen jedoch exakte Anwendervorschriften um lokale und globale sowie Leit- und Begleitimperfektionen zu kombinieren. Dadurch muss eine Vielzahl von Szenarien mit unterschiedlichen Imperfektionsmustern berücksichtigt werden und der Aufwand steigt beträchtlich.

Diese Arbeit untersucht daher die Möglichkeit im Zuge eines „Vereinfachten Verfahrens“ die notwendigen Berechnungen und folglich den Aufwand der FEM zu reduzieren. Die Grundlage hierfür besteht in der Verwendung eines annähernd guten Imperfektionsmusters und eines Sicherheitsbeiwertes, welcher anhand einer statistischen Analyse nach den Regeln der EN 1990 Anhang D berechnet wird. Zusätzlich wird versucht, mögliche Untergruppen mit besonders wirtschaftlichen Sicherheitsbeiwerten zu definieren. In einem zweiten Schritt wird die als konservativ geltende MRS untersucht, um deren Wirtschaftlichkeit mit einem Sicherheitsbeiwert kleiner Eins zu erhöhen. Auch hier gilt das Ziel, durch die Bildung von Untergruppen, besonders wirtschaftliche Ergebnisse zu ermöglichen.

Die Grundlage dieser Arbeit besteht in einer groß angelegten Parameterstudie mit 405 ausgesteiften Boden- und Stegblechen. Jedes Modell wird mit 8 10 unterschiedlichen Imperfektionsansätzen beaufschlagt und unter Verwendung der FEM simuliert. Zudem wird jedes Modell mit der MRS und deren Anwendungsvarianten berechnet. Das Ergebnis dieser Arbeit ist die Bestätigung der Anwendbarkeit des Vereinfachten Verfahrens, wobei nur mehr ein globaler Imperfektionsansatz mit positiver und negativer Amplitude anzusetzen ist. Zudem wurden für die MRS einige Untergruppen mit besonders wirtschaftlichen Sicherheitsbeiwerten ermittelt und statistisch abgesichert.

Zusammenfassung (Englisch)

The Eurocode EN 1993-1-5 specifies the rules for plate buckling, for slender, stiffened plates in steel construction. Plate buckling is a stability problem of a compression loaded plate and is generally characterized by failure of the structure prior to achieving plastic component resistance. For verification purposes, the method of effective cross sections (MEQ), the method of reduced stress (MRS) and the finite element method (FEM) are available. In Austria, the MRS is used for the analytical buckling proof in the area of bridge construction. Increasingly, the application of FEM in engineering practice is gaining in importance, but this method is only considered informatively in Annex C of EN 1993-1-5. In addition to the consideration of material and geometric non-linearities, the approach of geometrical and structural imperfections plays an essential role. If the separate consideration of said imperfections is not possible, the Eurocode offers the possibility of setting up equivalent geometric imperfection shapes. In detail, however, exact user instructions about how to combine the local and the global as well as the leading and the accompanying imperfections are missing. As a result, a variety of scenarios with different imperfection patterns have to be taken into account and the effort increases considerably.

This study examines, in the course of a "simplified method", the possibility to reduce the necessary calculations and hence the effort of the FEM. The basis for this is the use of an approximately good imperfection pattern and a safety factor, which is calculated by a statistical analysis according to the rules of EN 1990 Annex D. In addition, an attempt is made to define possible subgroups with particularly economic safety factors. In a second step, the conservative MRS will be examined to increase its efficiency with a safety factor less than one. Here, too, the goal is to enable particularly economic results through the formation of subgroups.

The basis of this work is a large-scale parameter study with 405 stiffened plates. Each model is loaded with 8 10 different imperfection approaches and simulated using the FEM. Moreover, each model is calculated using the MRS and its application variants. The result of this study is the confirmation of the applicability of the simplified method, whereby only a global imperfection application with positive and negative amplitude is to be applied. Finally, some subgroups with particularly economic safety factors were identified for the MRS and statistically verified.

Statistik
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