An experimental and numerical study of eccentrically placed rectangular hollow section braces on chords under out-of-plane bending

Abstract

Denne studien undersøker momentkapasiteten til sekundærbjelker plassert eksentrisk på en hovedbjelke. Konstruksjoner av tak og gulv kan velge å bruke sekundærbjelker som er eksentrisk plassert på hovedbjelken for å spare plass eller materialer. På grunn av den eksentriske plasseringen av sekundærbjelken, vil konstruksjonen få redusert kapasitet.

Basert på tilgjengelig litteratur ser det ut som det kun er gjennomført en studie på dette temaet tidligere. Studien bruker en hovedbjelke og sekundærbjelke med tverrsnitt som gir størrelsesforhold β=0.67, hvor beta er forholdet mellom høyden til sekundærbjelken og hovedbjelken. I denne studien flere β-verdier testet for å undersøke hvordan momentkapasiteten endrer seg med β-verdiene.

Elementanalyser ble gjennomført for å undersøke oppførselen til konstruksjoner med sentrisk og eksentrisk plassert sekundærbjelke. Analysene avslørte at modeller med eksentrisk plassert sekundærbjelke har mindre momentkapasitet sammenlignet med sentriske plasserte sekundærbjelker. Analysene avslørte i tillegg at i konstruksjoner hvor størrelsesforholdet er over 0.80, vil hovedbjelkens hjørner gjøre motstand mot rotasjon av hovedbjelkens steg og dermed gi økt kapasitet.

Et fysisk eksperiment ble gjennomført for å etterprøve modellene brukt i denne studien. Resultatene av eksperimentet ble sammenlignet med elementmodeller med tilsvarende β-verdi, og viste at elementanalyser kan representere fysisk oppførsel til slike forbindelser.

This study investigates the moment capacity of braces placed eccentrically onto a chord. Construction of roof and floors may use eccentric braces to save space or material. Due to the eccentricity of the brace placement, the instance loses some of its capacity.

Based on the available literature, only one study on this subject seems to have been performed earlier. The study used chord and brace cross-sections, where only one ratio β=0.67 was considered, where β is the ratio between the height of the brace and chord. In this study, a wider range of β-values is analysed to investigate how the moment capacity changes with changing β-values.

Finite element analyses were performed to investigate the behaviour of structures with centric and eccentrically placed braces. The analyses revealed that the models where the brace is placed eccentric lose capacity compared to those where the brace is placed centric. The analyses also revealed that instances with brace to chord height ratio above 0.80 will have a rotational displacement of the chord face resisted by the corners of the chord, giving those models a larger capacity.

A physical experiment was performed to calibrate the models used in this study properly. Furthermore, the results of the experiment were compared to analyses with equal β-value, ensuring that the finite element analyses can represent physical behaviour.