Μελέτη ευστάθειας μελών από λεπτότοιχες διατομές υπό αξονική θλίψη

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η ευστάθεια μελών από λεπτότοιχες διατομές ψυχρής έλασης υπό κεντρική αξονική θλίψη. Τα είδη των διατομών που εξετάστηκαν είναι κοίλες ορθογωνικές, μορφής Ι αποτελούμενες από δύο διατομές C και διατομές μορφής C. Οι φορείς αναλύθηκαν με τη γραμμική θεωρία ελαστικής ευστάθειας, με τη μέθοδο του Ευρωκώδικα 3, καθώς και με το πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων ADINA 8.5. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν συγκρίθηκαν μεταξύ τους. Στο πρώτο και το δεύτερο κεφάλαιο, παρατίθενται εισαγωγικά στοιχεία σχετικά με το δομικό χάλυβα και τις χαλύβδινες διατομές ψυχρής έλασης. Επίσης, περιγράφεται η διαδικασία παραγωγής, καθώς και τα διάφορα είδη και τα πλεονεκτήματα χρήσης των διατομών ψυχρής έλασης στις μεταλλικές κατασκευές. Στο τρίτο κεφάλαιο, αναπτύσσονται κάποιες θεωρητικές έννοιες για την καλύτερη κατανόηση των όσων θα ακολουθήσουν στα επόμενα κεφάλαια. Συγκεκριμένα, γίνεται αναφορά στο λυγισμό ως φαινόμενο αστάθειας και αναλύονται τα είδη καθολικού λυγισμού του μέλους (καμπτικός, στρεπτικός, στρεπτοκαμπτικός) καθώς και οι μορφές λυγισμού της διατομής (τοπικός λυγισμός και λυγισμός με στρέβλωση). Στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται το σύνολο των διατομών που εξετάστηκαν. Επίσης, αναλύεται η διαδικασία υπολογισμού του κρίσιμου φορτίου λυγισμού αμφιαρθρωτών υποστυλωμάτων με τη γραμμική θεωρία ελαστικής ευστάθειας και τη μέθοδο του Ευρωκώδικα 3. Στο πέμπτο κεφάλαιο, περιγράφεται διεξοδικά η διαδικασία προσομοίωσης των φορέων στο πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων ADINA για γραμμική και μη γραμμική ανάλυση. Mέσω της γραμμικής ανάλυσης εξάγονται οι ιδιομορφές και τα κρίσιμα φορτία λυγισμού, ενώ μέσω της ανάλυσης με μη γραμμικότητα υλικού και γεωμετρίας υπολογίστηκε το φορτίο αστοχίας. Στο έκτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από την ανάλυση των φορέων με τις παραπάνω μεθόδους για τα τρία διαφορετικά είδη των εξεταζόμενων διατομών, ενώ, τέλος, στο έβδομο κεφάλαιο συνοψίζονται τα κυριότερα συμπεράσματα που προέκυψαν από τη σύγκριση των αποτελεσμάτων αυτών.

The present graduate thesis examines the stability of members, constructed by thin-walled cross-sections, under axial compressive force in the z direction. The cross section types that have been used are the following: concave rectangular, C-shaped and I-shaped consisted by two C-shaped cross sections. The members’ analysis was carried out through the theory of elastic stability, the method of Eurocode 3 and the use of the finite element program ADINA. The theoretical solutions that came out were compared with the results from the finite element program. The first two chapters provide introductive information about structural steel and cold formed cross sections. There is, also, a description of the production process, as well as the different types of cold formed cross sections and the advantages of their use in the metallic structures. The 3rd chapter deals with some basic principles for the better understanding of what follows in the next chapters. Specifically, developing buckling as an instability situation, and presenting the types of (torsional, flexural, torsional-flexural) and local buckling. The 4th chapter presents the total of the cross sections that have been examined. Additionally, the process of the theory of elastic stability and Eurocode for the calculation of the critical buckling load is analyzed. The 5th chapter describes the simulation of the members with the finite element program, as well as their linear and geometrical and material non-linear analysis. Through linear analysis, modes and critical buckling load were exported, whereas, through GMNIA the load was calculated. The 6th chapter presents the results by the analysis of each one of the three different types of cross sections examined, whilst the most interesting conclusions that have been drawned are summarized in the 7th and final chapter.