Analýza klopení tenkostěnných ocelových nosníků s otvory ve stěně pomocí metody konečných prvků

Flexural torsional buckling analysis of thin-walled steel beams with web holes using the finite element method

conference paper

Czech

V předkládaném článku je řešeno numerické modelování metodou konečných prvků zaměřené na stanovení únosností tenkostěnných ocelových nosníků s otvory ve stěně s ohledem na ztrátu stability klopením. Numerické modelování bylo prováděno v komerčním softwaru RFEM společnosti Dlubal, respektive v přídavném modulu RF-FE-LTB, který vybírá z prostorových modelů v RFEMu dílčí rovinné konstrukce, které pak posuzuje na prostorový vzpěr podle analýzy druhého řádu při zohlednění deplanace. Jelikož software umožňuje zadávat pouze pruty konstantního průřezu, není možné vytvářet otvory ve stojině nosníků. Ty byly uvažovány při výpočtu zavedením náhradního pásu konstantní šířky s redukovanou tloušťkou po celé délce prutu v oblasti perforace. Numerické modely zahrnují geometrické imperfekce odpovídající prvnímu vlastnímu tvaru Sigma profilu získaného stabilitní analýzou. Počáteční zakřivení uprostřed prutu bylo zadáno dle normy ČSN EN 1993-1-1, která uvádí doporučení L/250 pro vzpěrnou křivku b, respektive L/200 pro vzpěrnou křivku c. Analýza metodou konečných prvků byla provedena na nosních délek 2m, 3m a 4m. Nosníky byly modelovány jako prostě podepřené, v místě podpěr bylo zamezeno pootočení průřezu při současném umožnění volné deplanace koncových průřezů. Pro každou délku nosníku byly uvažovány čtyři různé typy zatížení – spojité zatížení, zatížení osamělým břemenem uprostřed délky nosníku, zatížení 2 břemeny ve třetinách délky nosníku a zatížení koncovými momenty. U prvních třech zmiňovaných typů je zatížení aplikováno v úrovni horní tlačené pásnice, horizontálně zarovnáno se středem smyku. Koncové ohybové momenty jsou vnášeny v místě středu smyku. Celkově bylo vytvořeno 24 numerických modelů (pro každou délku nosníku byly modelovány 4 různé typy zatížení v kombinaci s 2 počátečními imperfekcemi L/250 a L/200). Výsledky numerické analýzy byly porovnány s charakteristickými únosnostmi stanovenými dle postupu uvedeného v ČSN EN 1993-1-1, respektive české národní příloze NB.3.

The numerical analysis was performed in the Dlubal RFEM software using the add-on module RF-FE-LTB which is calculating planar sub-structures according to the second-order analysis for torsional buckling considering warping. The software allows perform the stability analysis on the member with uniform cross-section but does not support the modeling of openings in the members. Therefore the web perforation is taken into consideration by introducing in the model the reduced thickness of the material in the zone of perforation over the whole profile length. The calculations were performed on the member with initial geometrical imperfections corresponding to the first eigenmode of Sigma profile determined by stability analysis. The magnitude of the initial bow imperfection was defined in accordance with Eurocode recommendations for elastic analysis - L/250 for buckling curve b and L/200 for buckling curve c. The finite element analysis were executed for beam lengths 2m, 3m and 4 m. The beams were modeled as simply supported with restrained rotation of the cross-section at the supports and allowed free warping at the beam ends. For each beam length four different load cases were considered - continuous load (LC1), point load in the middle of the span (LC2), two point loads in the third of the span (LC3) and end moments (LC4). For the load cases LC1-LC3 the beams were vertically loaded thorough the shear center with position on the compressed flange, the end moments (LC4) were applied at the shear center. In total 24 numerical models were created (for each beam length four different load cases in combination with two different initial bow imperfections were modeled). The results of the finite element modeling were compared with the characteristic bending resistances according to the procedures listed in the design code EN 1993-1-1, respectively in the Czech national annex NB.3.

nosník, otvor, modelování konečnými prvky, klopení, náhradní průřez, deplanace

beam, hole, finite element modeling, flexural torsional buckling, substitute cross-section, warping

HORÁČEK, M.

2014

30. 1. 2014

Litera Brno

Brno

978-80-214-4851-3

Sborník anotací 16. odborné konference doktorského studia

160

160

1