Beroppanás és nyírás interakciójának vizsgálata trapézgerincő tartókon

Témavezetı: Dr. Dunai László Készítette: Kövesdi Balázs

Bevezetés

• Korábbi eredmények rövid áttekintése

• Problémafelvetés és kutatási stratégia bemutatása

• Szakirodalmi áttekintés

• Numerikus modellezés és szerkezeti viselkedés

• Interakciós görbe kidolgozása

• Eddigi munka összegzése és további kutatási irányok

Korábbi eredmények áttekintéseSzakirodalmi háttér alapján

Numerikus modell kidolgozása

Paramétervizsgálat (teherbírást befolyásoló paraméterek meghatározása)

Analitikus méretezési eljárás

ywwplfyww

fw

ftMkftss

RRR

⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅

=+=

δρ α 42

Kísérleti program végrehajtása

FEM alapú méretezési eljárás

- ajánlás helyettesítı geometriaiimperfekció alakjára ésamplitúdójának felvételére

Problémafelvetés

M

rodddd

kkRRRR

γ⋅⋅++= )( 321

atkR wepywwd ⋅⋅⋅= σ1

fwepyffywwfd btkktR ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅= σσ22

fffd tbR ⋅⋅⋅−= σ07.03

1. Kähönen méretezési eljárása

ywwplfywwfw ftMkftssRRR ⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅=+= δρ α 42

- Magasépítési szerkezetekre lett kidolgozva.

- Nem követte az EC szerinti stabilitásvizsgálat menetét (csökkentı tényezıs eljárások).

- Tartalmazza az interakciók hatásának figyelembe vételét. ko; kw; kr; Rd3

2. Átdolgozott, módosított méretezési eljárás

Kähönen képletén alapulva + numerikus számítások + saját kísérletek

cr

ywp

f

σ=λ

2

2

2

)1(12

⋅⋅

υ−⋅π⋅=σ σ

i

wcr a

tE

k Tisztán a beroppanási ellenállás meghatározása.

Cél: Interakciós formulák kidolgozása. (F+V ; F+M)

Problémafelvetés

1. EC3-ban nincs ajánlás beroppanás és nyírás interakciójánakfigyelembe vételére.

Cél: Új (F+V) interakciós képlet kidolgozása trapézgerincő tartókra.

2. Szakirodalomban nagyon kis számú kutatástalálható, fıleg trapézgerincő tartók esetére.

Gyakorlatban, fıleg betolással épülı hidaknál gondot okozhat nagy nyíró (V) és keresztirányú koncentrált erı (F) egyidejő jelenléte.

Tervezésben figyelembe kéne venni.

Kutatási stratégia

- szakirodalmi áttekintés

- kísérleti háttér alapján numerikus modell építése

- szerkezeti viselkedés vizsgálata

- numerikus paramétervizsgálat

- interakciós görbe kidolgozása

- továbblépési irányok

Szakirodalmi áttekintés

1. Együttes terhelés vizsgálata két hatás szétválasztása.

Beroppantó erıbıl keletkezı nyírást szétválasztjuk a tényleges nyíróerıtıl.

Oka: Keresztirányú erıbıl keletkezı nyírófeszültség nem csökkenti a beroppanás ellenállás értékét, illetve a beroppanási ellenállás meghatározásának módszerei ennek a csökkentı hatását már tartalmazzák.

2. Elgaaly és Seshadri vizsgálatai

kísérleti háttérre alapozva

20 numerikus számítás

0.15.0

25.125.1

≤

+

⋅−

RR F

F

V

FV0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

F/FNum.

(V-0

,5F

) / V

Num

.

.

Elgaaly & Seshadri numerical results

Elgaaly & Seshadri (for corrugated web girders)

Numerikus modellezés

Kísérleti próbatest Numerikus modell Virtuális kísérlet

modellverifikáció

F+V együttes vizsgálata

merevítıborda

Különbözı geometriákkal és terheléssel paramétervizsgálat.

Numerikus modellezés

Egy lemezmezı modellezése 1. Kisebb számítási igény.

2. x paraméterrel különbözı erıeloszlások vizsgálhatók.

Vizsgált paramétertartomány:

hw/tw: 100-125-150-200-250

a1/tw: 15-20-25-30-35

a: 20°-30°-40°-60°ss/hw: 0.2-0.4-0.5-0.6-0.8

V1/V2: -1 ; 1 min. 8 lépcsıben

Szerkezeti viselkedés

V1/V2=-1 V1/V2=0 V1/V2=0.5 V1/V2=1

0

125

250

375

500

625

750

875

1000

1125

1250

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

e [mm]

hw [m

m]

.

V1/V2=-1

V1/V2=0

V1/V2=0.5

V1/V2=0.86

V1/V2=1

local buckling

shear buckling (tension band)

interaction

Oldalirányú elmozdulások a gerinclemezben:

Interakció vizsgálata

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

F/FR,num

(V-0

,5F

) / V

R,n

um

.

numerical calculations

numerical results of Elgaaly et al

Elgaaly et al

current proposal (lower limit)

0.15.0

2.12.1

≤

+

⋅−

RR F

F

V

FV

Numerikus eredmények kiértékelése (hatások szeparálásával)

1. ajánlott interakciós képlet:

Interakció vizsgálata Numerikus eredmények kiértékelése (hatások szeparálása nélkül)

Ajánlott interakciós képlet:

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

F/FR,num.

V2

/ V

R,n

um.

.

numerical calculations

current proposal

0.145.2

max ≤

+

RR F

F

V

V

nagy szórás

Paraméterek hatásának vizsgálata hw/tw arány függvényében

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

F/FR,num.

(V-0

,5F

)/VR

,num

. .

hw/tw=200

hw/tw=150

hw/tw=125

hw/tw=100

Kuhlmann & Braun

Elgaaly & Seshadri

nagy hw/tw kis hw/tw

Paraméterek hatásának vizsgálata hajlítási szög függvényében

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

F/FR,num.

(V-0

,5F

)/VR

,num

. .

alpha=60°

alpha=40°

alpha=30°

alpha=20°

Kuhlmann & Braun

Elgaaly & Seshadri

Különbség kisebb mértékő.

Nagyobb hajlítási szög Erısebb interakció

Paraméterek hatásának vizsgálata

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

F/FR,num.

(V-0

,5F

)/VR

,num

. .

a1/tw=35

a1/tw=30

a1/tw=25

a1/tw=20

a1/tw=15

Kuhlmann & Braun

Elgaaly & Seshadri

a1/tw arány függvényében

Különbség elhanyagolható nagyságú.

Paraméterek hatásának vizsgálata ss/hw arány függvényében

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

F/FR,num.

(V-0

,5F

)/VR

,num

. .

ss/hw=0,2

ss/hw=0,5

ss/hw=0,8

Kuhlmann & Braun

Elgaaly & Seshadri

hosszabb erıbevezetési hossz erısebb interakció

Beroppanás és nyírás interakciója

Beroppanási ellenállás - Gerinc ellenállása

- Övlemez ellenállása

Nyírási ellenállás Gerinc ellenállása a domináns

szintén domináns lehet

Ha az öv ellenállás domináns gerinc kevésbé dolgozik beroppanás ellen

nyírási ellenállás nagyobb leszKövetkeztetés:

Interakció hatása csökken

Interakció hatása kifejezhetı a beroppanási ellenállásban a gerinc és öv ellenállásainak arányával.

Beroppanás és nyírás interakciója

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

F/FR,Ansys

(V-0

,5F

) / V

R,A

nsys

.

F R,w / F R,fl=1,00

F R,w / F R,fl=2,0

F R,w / F R,fl=2,6

F R,w / F R,fl=3,2

F R,w / F R,fl=3,75

Kövesdi et al (a=1.6)

Kövesdi et al (a=1.4)

Kövesdi et al (a=1.3)

Kövesdi et al (a=1.25)

Kövesdi et al (a=1.2)

0.15.0 ≤

+

⋅−a

R

a

R F

F

V

FV

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

FR,w / FR,fl

inde

x of

the

inte

ract

ion

equa

tion

numerical calculations

developed approximation

8.0,

,25.0

+=

⋅−

flR

wR

F

F

ea 2.1>ade

Ajánlott interakciós formula:

Kitevı meghatározása:

Statisztikai kiértékelés

t

e

r

rr =

kiértékelés elve:

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

F/FR,num

(V-0

,5F

) / V

R,n

um

.

numerical calculations

numerical results of Elgaaly et al

Elgaaly et al

current proposal (lower limit)

0.9861.0000.980minimum

1.1451.3811.350maximum

1.1051.2061.1795% felsı fraktil

0.9790.9670.9635% alsó fraktil

0.0370.0670.062relatív szórás

0.0380.0730.066szórás

1.0421.0861.071középérték

ajánlott görbe„mozgó limit“

ajánlott görbe„alsó limit“

Elgaaly et al

numerikus eredmények

Legkonzervatívabb becslést adja.

Leggazdaságosabb tervezést teszi lehetıvé.

Nincs mindig a biztonság oldalán

Összefoglalás

1. Szakirodalmi áttekintés

2. Numerikus modell kidolgozása

3. Szerkezeti viselkedés vizsgálata

4. Numerikus paramétervizsgálat végrehajtása

5. Paraméterek interakciót befolyásoló hatása

6. Interakciós görbe kidolgozása

7. Statisztikai kiértékelés

További kutatási irány

Beroppanás és hajlítás interakciójának vizsgálata (F+M)

Köszönöm a megtisztelı figyelmet!