Ενεργό πλάτος εσωτερικών καμπύλων χαλύβδινων στοιχείων

Abstract

Oι λεπτότοιχες διατομές ψυχρής ελάσεως αποτελούν ένα σημαντικό και ολοένα αυξανόμενο κομμάτι των κατασκευών του μηχανικού. Το πεδίο χρήσης τους ποικίλει από απλές κατασκευές, εργοστασιακά κτήρια, γέφυρες και αποθήκες εμπορευμάτων μέχρι αεροσκάφη, αυτοκίνητα, τρένα και πλοία. Το μικρότερο βάρος συγκριτικά με άλλες διατομές, νέα πιο ανθεκτικά υλικά καθώς και η συνεχής βελτίωση και πρόοδος της κατασκευαστικής τεχνολογίας είναι μερικοί από τους παράγοντες οι οποίοι συντέλεσαν στην ευρεία χρήση των διατομών αυτών. Στην παρούσα εργασία μελετάται η συμπεριφορά λεπτότοιχων ελασμάτων ψυχρής έλασης έναντι λυγισμού. Συγκεκριμένα εξετάζεται το ενεργό τους πλάτος και το πώς αυτό μεταβάλλεται συναρτήσει των διαστάσεών τους, της καμπυλότητάς τους, του πάχους τους και της ποιότητας του χάλυβα. Για τον σκοπό αυτό μελετήθηκαν 120 διαφορετικοί φορείς. Σε καθένα από αυτούς προσδιορίστηκε το ενεργό πλάτος καθώς και το κρίσιμο φορτίο λυγισμού με δύο μεθόδους : α) Με βάση τη μεθοδολογία και τις διατάξεις του Ευρωκώδικα 3 και β) με ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων η οποία πραγματοποιήθηκε με το πρόγραμμα Nastran. Στο πρώτο μέρος της εργασίας πραγματοποιείται μία γενικότερη παρουσίαση των διατομών ψυχρής έλασης καθώς και των σχέσεων που περιγράφουν τη συμπεριφορά τους. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας παρουσιάζονται οι υπολογισμοί και τα αποτελέσματα με βάση τις διατάξεις του Ευρωκώδικα και με βάση την ανάλυση με πεπερασμένα στοιχεία. Τέλος, πραγματοποιείται επεξεργασία και ανάλυση όλων των αποτελεσμάτων με τη βοήθεια γραφημάτων και πινάκων. Τα τελικά συμπεράσματα που εξήχθησαν παρατίθενται στο έκτο κεφάλαιο της εργασίας.

Thin walled structures are an important and growing part of construction engineering. The range of their uses ranges from simple structures, factory buildings, bridges and warehouses to aircraft, automobiles, trains and ships. The light weight of these sections compared to others, new more durable materials and the continuous improvement and advancement of manufacturing technology are some of the factors which contributed to the widespread use of these sections. In this diploma thesis we study the buckling behaviour of thin-walled plates. Specifically, we calculate the effective width of these sections and examine how its value varies in relation to size of the sections, their curvature, thickness and the quality of the steel. For this purpose, we studied 120 different sections. In each of these cases we determined the effective width and the critical buckling load using two methods: a) Based on the methodology and the provisions of Eurocode 3 and b) with finite element analysis carried out with the program Nastran. In the first part of the study, a general presentation of cold rolled sections is being made and also of the equations that describe their behaviour. In the second part of the study, we cite the calculations and the results based on the provisions of Eurocode and based on the finite element analysis. Finally, we process and analyze the results using graphs and tables. The final conclusions drawn are presented in the sixth chapter of the thesis.