Κάμψη λεπτότοιχων διατομών C και Z με οπή στον κορμό

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο μια προκαταρκτική έρευνα για τη διερεύνηση της επίδρασης μιας οπής στον κορμό, στην αντοχή και την ευστάθεια λεπτότοιχων διατομών C και Ζ ψυχρής διαμόρφωσης υπο μονοαξονική κάμψη. Οι χαλύβδινες λεπτότοιχες διατομές C και Ζ χρησιμοποιούνται ευρέως στις ελαφρές μεταλλικές κατασκευές , κυρίως ως δευτερεύοντα δομικά στοιχεία . Ωστόσο,τοπικές αστάθειες όπως ο τοπικός λυγισμός και ο λυγισμός με στρέβλωση της διατομής επηρεάζουν σημαντικά την αντοχή των μελών , με μεγαλύτερη επιβλαβή επίδραση σε περιοχές με οπές και μεγάλες παραμορφώσεις . Λόγω της περιορισμένης γνώσης για τη συμπεριφορά διάτρητων στοιχείων από χάλυβα ψυχρής διαμόρφωσης , η μελέτη αυτού του φαινομένου καθιστάται αναγκαία. Στην παρούσα εργασία εξετάσθηκαν 28 φορείς , διατομής C και Ζ , χωρίς ενισχύσεις και με ακραίες κάθετες ενισχύσεις, με κυκλικές και τετραγωνικές οπές στον κορμό, τριών διαστάσεων. Στο πρώτο μέρος γίνεται μια γενική παρουσίαση των στοιχείων ψυχρής έλασης , σχετικά με τα χαρακτηριστικά τους, τις μεθόδους παραγωγής , τα συνήθη προβλήματα ευστάθειας που παρουσιάζουν και τις εφαρμογές τους στην κατασκευή. Στο δεύτερο μέρος γίνεται αναφορά στα χαρακτηριστικά του υλικού και των διατομών ψυχρής έλασης. Ακολουθεί το τρίτο μέρος όπου παρουσιάζονται οι μορφές λυγισμού των λεπτότοιχων στοιχείων, εστιάζοντας στις τοπικές αστάθειες που εμφανίζονται στα καμπτόμενα μέλη, σύμφωνα με τις διατάξεις του Ευρωκώδικα 3 ΕΝV 1993-1-3. Στο τέταρτο μέρος γίνεται ο προσδιορισμός της ροπής αντοχής σε μονοαξονική κάμψη των διατομών ακολουθώντας τις διατάξεις του Ευρωκώδικα 3. Στο πέμπτο μέρος γίνεται η επιλογή του στατικού μοντέλου το οποίο χρησιμοποιείται στα επόμενα μέρη για να μετατραπεί η ροπή αντοχής σε φορτίο κάμψης. Στο έκτο μέρος παρουσιάζεται το πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων FEMAP v10, με το οποίο έγινε προσομοίωση της συμπεριφοράς των φορέων και προσδιορίστηκε το μέγιστο φορτίο κάμψης. Τέλος, παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα των αναλύσεων, γίνονται συγκρίσεις και σχολιασμός με τη βοήθεια γραφημάτων. Τα τελικά συμπεράσματα παρατίθενται στο όγδοο μέρος της εργασίας.

The present study is a preliminary research concerning the detrimental effects of a web whole, to the load-carrying capacity of lightweight cold-formed steel C and Z section under bending. Lightweight steel C and Z-sections are extensively used in constructing light industrial steel buildings. However, local instabilities as distortional and local buckling can significantly influence the load carrying capacity of such members, especially in areas of large deformations and perforations. Due to the limited awareness of the static behavior of perforated cold-formed steel sections, the research of this phenomenon is essential. In the present study, 28 models were analyzed of C and Z shaped beams, both with and without stiffeners, with circular and quadrangular web perforations of three sizes. In the first part of this study there is a general presentation of cold-formed steel elements, describing their features, the cold-forming techniques, the usual instabilities and applications in the construction industry. In the second part the materials are presented. Following the third part where the types of buckling of lightweight steel members are presented, focusing on local instabilities based on ENV 1993.1.3. In the fourth part we present the computation of the moment of one axis bending based on ENV 1993.1.3. Afterwards we decide which static model will be used to convert the moment to loads. In the sixth part there is a presentation of FEMAP v10, a finite element analysis program that has been used for a nonlinear static analysis defining the maximum bending load of the members. Finally the results of the above methods are presented along with comparisons and comments and some final conclusions.