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Biegeknicken und Biegedrillknicken von Stäben und Stabsystemen auf einheitlicher Grundlage = Flexural buckling and lateral torsional buckling of members and frames on a common basis



Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Johannes Caspar Naumes

ImpressumAachen : Shaker 2010

UmfangIV, 153 S. : Ill., zahlr. graph. Darst.

ISBN978-3-8322-8754-2


Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Zsfassung in engl. und dt. Sprache


Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter


Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2009-11-06

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-30356
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50093/files/Naumes_Johannes.pdf

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl für Stahl- und Leichtmetallbau und Institut für Stahlbau (311710)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Knicken (Genormte SW) ; Biegedrillknicken (Genormte SW) ; Nichtlineare Stabilitätstheorie (Genormte SW) ; Stahlbau (Genormte SW) ; Eurocode 3 (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; column buckling (frei) ; flexural buckling (frei) ; lateral torsional buckling (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Der Eurocode 3 – Teil 1.1 regelt das Biegeknicken und Biegedrillknicken von Bauteilen und Tragwerken. Dabei werden beide Versagensarten als unterschiedliche Stabilitätsphänomene aufgefasst, für deren Berechnung zwei verschiedene Abminderungskurven chi.c und chi.LT Verwendung finden. Während die Biegeknickkurve chi.c auf einem mechanischen Hintergrundmodell basiert, dessen Imperfektionsansatz den Anforderungen nach ausreichender Zuverlässigkeit nach EN 1990 – Anhang D entspricht und darum europaweit einheitlich geregelt ist, ist die Biegedrillknickkurve chi.LT vielmehr Ergebnis von „Abschätzungen“, die auf Basis von FE-Berechnungen entwickelt wurden, und deren Anwendung durch Öffnungsklauseln in den Nationalen Anhängen europaweit unterschiedlich geregelt wird. Die vorliegende Arbeit liefert eine mögliche Lösung für eine europaweite Harmonisierung der Regelungen, indem im ersten Teil der Arbeit, analog zur Biegeknickkurve chi.c, eine allgemeingültige Knick-Biegedrillknickkurve chi.LT.GM auf Basis eines mechanischen Hintergrundmodells hergeleitet wird, die für den Sonderfall des Biegeknickens die Ergebnisse der Europäischen Biegeknickkurve chi.c liefert. Hierzu wird zunächst die Allgemeingültigkeit der Biegeknickkurve für Knickstäbe mit beliebigen Last- und Lagerungsbedingungen nachgewiesen, die dann vorliegt, wenn die Bemessung an der maßgebenden Nachweisstelle x.d erfolgt. Die Überführung in den allgemeinen Fall des Biegedrillknickens mit M-N-Interaktion führt zur „Standardisierten Europäischen Biegedrillknickkurve“ chi.LT.GM, die zum einen den Einfluss der Torsionssteifigkeit des Querschnitts auf den Imperfektionsansatz und zum andern die Berücksichtigung der maßgebenden Bemessungsstelle x.d ermöglicht. Im zweiten Teil der Arbeit wird eine Ergänzung des Verfahrens vorgenommen, die eine einfache und transparente Berechnung bei kombinierter Belastung in und quer zur Haupttragebene ermöglicht. Die zusätzlichen Querbiege- und Torsionsbelastungen werden dabei nach den bereits für die Anfangsimperfektion verwendeten Eigenformen des Systems reihenmäßig entwickelt und mit einem Konvergenzbeschleuniger so abgekürzt, dass eine gute Näherungslösung ohne Reihenentwicklung entsteht. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Ermittlung der maßgebenden Bemessungsstelle x.d für beliebige Normalkraft-, Biege- und Torsionsmomentenverläufe angegeben. Somit liefert die vorliegende Arbeit eine einheitliche Lösung im Hinblick auf die Konsistenz der Imperfektionsannahmen und des Vorgehens zur Berechnung von beliebigen Stabilitätsphänomenen von Stäben und Stabsystemen. Das Verfahren wird mit den Regelungen in EN 1993-1-1 verglichen und seine Zuverlässigkeit anhand von Versuchsauswertungen überprüft. Zum Schluss wird das genaue Vorgehen des Verfahrens anhand von ausgewählten Anwendungsbeispielen veranschaulicht.

Eurocode 3 Part 1-1 gives design rules for flexural and lateral torsional buckling of structural members and frames treating both failure modes as different stability phenomena, so that for the assessment of these phenomena two different reduction curves chi.c and chi.LT are applied. While the flexural buckling curve chi.c is based on a mechanical model, with an equivalent geometric imperfection that fulfils the reliability requirements of EN 1990 – Annex D, the lateral torsional buckling curve chi.LT is the result of “estimations” which are based on FE-calculation with certain assumptions leaving the application open by opening notes for National choices in the National Annexes. This paper introduces a solution for an European harmonisation of these design rules. The solution is a general buckling curve chi.LT.GM, applicable to both flexural and lateral torsional buckling and also to mixed phenomena based on a mechanical background model. It gives for the specific case of flexural buckling the same results as the European column buckling curve chi.c. For deriving the general buckling curve in a first step the general validity of the column buckling curve for the case of non-uniform columns with any kind of loading and boundary conditions is proved. It constitutes the cross-sectional verification at the relevant location x.d. On the basis of this definition the “standardised European lateral-torsional buckling curve” chi.LT.GM is derived, which considers the relevant location x.d and the torsional rigidity of the cross-section within one formula. In a further step the method is extended to allow for an easy and transparent calculation for combinations of in-plane and out-of-plane loads. The additional lateral and torsional bending effects are expressed in terms of series of Eigenmodes including the basic Eigenmode, which already has been used to define the initial equivalent imperfection. The convergence could be optimised in such a way, that a good approximation is given on the basis of the first Eigenmode only. For practical use a general method for the determination of the relevant design location x.d for any kind of axial force, bending-moment and torsional-moment distribution is given. Thus the present work gives a consistent and general solution with respect to the definition of the initial equivalent geometrical imperfection for the use of any assessment method and the particular procedure for assessing different type of stability phenomena of structural members and frames by using buckling curves. The proposed procedure is compared to the alternative methods given in EN 1993 1-1 and its reliability is proved by the evaluation of test-results. Finally the calculation procedure is demonstrated with selected design examples.

Fulltext:
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Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
German

Interne Identnummern
RWTH-CONV-112651
Datensatz-ID: 50093

Beteiligte Länder
Germany

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Document types > Theses > Ph.D. Theses
Faculty of Civil Engineering (Fac.3)
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311710

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