Effekter av shear lag i stålbjelker

Abstract

Shear lag er forsinket oppbygging av aksialspenninger fra bøyemomentet, og fenomenet opptrer der gradienten til momentet er stor -- altså der det er store skjærkrefter. På grunn av skjærtøyninger, minker aksialspenningene med avstanden fra stegene. Shear lag fører til at platenes kapasitet til å bære aksialspenningene ikke kan utnyttes fullstendig, da spenningsfordelingen blir ikke-uniform over platens bredde. Effekten er størst i bjelker med korte spenn og brede flenser. I denne oppgaven redegjøres det for beregningsmetoder og konstruksjonsregler for shear lag-effekter i stålbjelketverrsnitt, slik det presenteres i NS-EN 1993-1-1 og NS-EN 1993-1-5. Effekter av shear lag ivaretas, tilsvarende som for plateknekking, ved å benytte konseptet om effektiv bredde. Regelverket er basert på analytiske betraktninger av avansert bøyeteori for tynnveggede bjelker. En grundig utledning av formelverket for effektiv bredde med hensyn på shear lag er gjengitt i detalj, basert på en avhandling av Sedlacek.Det er gjennomført et parameterstudie der effekten av shear lag på spenninger og deformasjoner er undersøkt ved variasjon av flensenes bredde og tykkelse. Det ble funnet at variasjon av tykkelsen har minimal virkning på effektene av shear lag, mens flensenes bredde er av stor betydning. For plateknekking er både bredde og tykkelse av tverrsnittselementer i trykk av betydning for reduksjonen. Som et sidesprang i oppgaven, er det også sett på negativ shear lag, som ble oppdaget under arbeidet med analysene i Abaqus. Negativ shear lag skiller seg fra vanlig positiv shear lag i form av en omvendt spenningsfordeling. Ved negativ shear lag er spenningene størst i tuppen av flensene og minker innover mot steget. Det gjøres rede for årsaken til negativ shear lag, og hvordan man kan beregne hvor langs bjelken denne typen shear lag inntreffer.Det er satt opp beregningseksempler som viser praktisk bruk av regelverket, hvor lastkapasiteten for noen ulike bjelker og tverrsnitt er bestemt i henhold til NS-EN 1993-1-1 og NS-EN 1993-1-5. Jevnt over var samsvaret mellom beregninger og analyser i Abaqus med hensyn på lastkapasiteten godt, men denne oppgaven inneholder ikke nok analyser til å gi en solid konklusjon med tanke på nøyaktigheten til regelverket. For nedbøyningen var resultatene mer sprikende, noe som henspiller på at regelverket er lagt opp til å treffe på spenninger, og ikke nedbøyning. Det ble også funnet at shear lag kan gi større reduksjon av momentkapasiteten til en bjelke enn plateknekking. Dette gir rom for ettertanke, siden shear lag i dag ikke foreleses i stålemnene ved NTNU.