Konsentrerte tverrkrefter i bjelkesteg

Abstract

Denne oppgaven har behandlet uavstivede bjelker utsatt for konsentrerte krefter i steg introdusert fra eksempelvis ovenpåliggende bjelker eller momentvirkning i tilknyttede bjelker ved forbindelser. I det forsøket har en overordnet gjennomgang av tidligere litteraturer blitt presentert. Oppgaven ble løst med en parameterstudie ved hjelp av numeriske simuleringer, der kapasitet for konsentrert ble sett på i forhold til ulike variabler. Før parameterstudiet var mulig, måtte FEM-modellen bli validert med resultater fra laboratorieforsøk. Det ble derfor også utført et laboratorieførsøk til dette formålet.

Kapasitet i bjelkesteg utsatt for konsentrerte tverrkrefter er et tema som har blitt behandlet i mange publikasjoner. Gjeldende beregningsregler finnes i regelverket for stålkonstruksjoner i "Eurokode 3, del 1-5: Plater påkjent i plateplanet" under kapittel "6 Kapasitet for tverrkrefter" og "Eurokode 3: del 1-8" under "delkapittel "6.2.6.2 Steg i søyle med tverrtrykk". Førstnevnte er utviklet med utgangspunkt i høye platebærere, mens sistnevnte behandler tilfellet ved knutepunkter med vanlige bjelkedimensjoner. Andre behandlede publikasjoner er Gozzi (2007) og Taras (2017)s forslag til CEN-TC250-SC3.

Trepunktstest med en IPE220-bjelke og strekktest ble utført i laboratoriet for bestemmelse av maksimal last og materialegenskaper, som senere ble benyttet til å kalibrere den numeriske modellen av samme bjelke. Avviket mellom maksimal last oppnådd i laboratoriet og numerisk simulering ble til 2, 2%, og den numeriske modellen ble antatt å være god nok for oppgavens formål.

Etter at modellen er blitt kalibrert med eksperimentet ble en parameterstudie utført, der treffsikkerheten av beregningsmetodenes kapasitet ble vurdert av dets forhold til den maksimale lasten oppnådd i den numeriske simulering, som funksjon av ulike variabler. Ingen av nevnte beregningsmodeller fanget variasjon av lastpåføringslengde på en bra måte. Platestandarden og Gozzi(2017) var bedre egnet til å forutsi kapasiteten når lasten påføres over en relativt bred lengde på bjelkens flens, for eksempel ved en tvers- og ovenpåliggende bjelke. Forbindelsestandarden var bedre til å forutsi kapasiteten for lavere lastpåføringslengder tilsvarende en flenstykkelse, noe som er tilfelle ved en forbindelse. Ved lave lastlengder tilsvarende en flenstykkelse, klarte Taras (2017)s forslag til CEN-TC250-SC3 å forutsi kapasiteten perfekt, men overestimeringen var stor for høye lastlengder. Generelt kunne reduksjonsfaktor for knekking og variasjon i bjelkelengde forbedres i alle beregningsmetoder. Beregningsmodellen i platestandarden gir relativt bra forutsigelse av kapasitet ved varierende slankhet, men parameteren m2 får metoden til å overestimere kapasiteten for enkelte bjelker. Forbindelsestandardens dimensjoneringsregler er den mest konservative og underestimerer kapasiteten relativt mye. Dette har sammenheng med en for lav reduksjonsfaktor for knekking. Taras (2017)s forslag som i grunn er samme beregningsmetode angitt i forbindelsesstandarden, men uten reduksjonsfaktor, gir en betraktelig bedre kapasitet enn forbindelsestandarden. Mange overestimeringer av kapasitet i Taras (2017) kompenseres med en grense for når beregningsmetoden kan benyttes. Imidlertid har denne grensen stor forbedringspotensiale. Gozzi (2007) som i grunn er samme beregningsmetode angitt i platestandarden, men i fravær av parameteren m2, fanger opp ulike variabler i kapasitetsberegningen omtrent like bra som platestandarden, men reduksjonsfaktoren for knekking er for optimistisk kalibrert og overestimerer mange kapasiteter. Om metodens reduksjonsfaktor for knekking rekalibreres, kan den potensielt bli mer treffsikker enn platestandarden. Interaksjonsformelen i platestandarden som tar hensyn til momentvirkning har moderate forbedringsmuligheter. Forbindelsestandardens måte å ta hensyn til momentvirkning på har store forbedringsmuligheter, men det bør kanskje legges mer energi i å forbedre kapasitetsberegningen før en eventuell forbedring av momentinteraksjon.