Stabilität von Knotenblechen mittels lokaler Beulanalyse und materiell nichtlinearer Analyse (AISC)

Bei der Bemessung von Verbindungen nach AISC 360 legt Kapitel J.4 Formeln für Bauteile an Verbindungen und Verbindungselemente wie Platten, Knotenbleche, Winkel und Konsolen fest. Die traditionelle Bemessungsmethode verwendet mathematische Gleichungen zur Berechnung der Tragfähigkeit von tragwerksbezogenen Elementen.

Obwohl für die meisten gängigen Bedingungen genaue Gleichungen entwickelt wurden, stehen für einige Verbindungselemente nur empirische oder halbempirische Gleichungen zur Verfügung. Mit geeigneten Modellierungstechniken können Verbindungen jedoch mit Finite-Elemente-Modellen bemessen werden, wobei Folgendes berücksichtigt wird:

• Materiell nichtlineare Analyse (MNA) für eine genaue Vorhersage der Tragfähigkeit.
• Lineare Beulanalyse (LBA) kann Informationen über das ideale elastische Beulverhalten von Verbindungen liefern.
• Geometrische Nichtlinearitäten (GMNIA) zur Berücksichtigung von Effekten zweiter Ordnung, inelastischem Materialverhalten, geometrischen Imperfektionen und Eigenspannungen in der LBA.

 Die Forschung umfasst experimentelle Daten von 86 Versuchskörpern, Handberechnungen nach der Bemessungsmethode des 15.^th AISC-Handbuchs sowie die Methode der finiten Elemente.

Schlussfolgerungen:

• Für die 86 Versuchskörper war die Bemessungsmethode der 15. Ausgabe des AISC-Handbuchs konservativ.
• Die Ergebnisse zeigten, dass mit der Methode der finiten Elemente durch Kombination von MNA und LBA genaue Ergebnisse erzielt werden können.
• Um Beulen zu vermeiden, muss die kritische Last Pel auf Basis der LBA gleich oder größer als 4Pr für die LRFD-Bemessung und 6Pr für die ASD-Bemessung sein.
• Ein Bemessungsbeispiel einer Konsolenverbindung wird anhand von Handberechnungen und der Finite-Elemente-Analyse vorgestellt.

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Autor: Bo Doswell, PE, Ph.D.

Unternehmen: ARC International, LLC

Datum: 26. August 2022

Über den Autor:

Bo Dowswell begann 1985 in der Stahlindustrie als Zeichner. Seitdem erwarb er B.S.-, M.S.- und Ph.D.-Abschlüsse an der Auburn University und der University of Alabama in Birmingham. Als zugelassener Ingenieur konzentriert sich seine Bemessungspraxis auf Stahlkonstruktionen. Derzeit ist er Inhaber von SDS Consulting, einem Planungsbüro, sowie von ARC International, das auf Forschung und Beratung spezialisiert ist. Bo Dowswell ist außerdem außerordentlicher Professor an der University of Alabama in Birmingham, wo sich seine Forschung und Lehre auf die Bemessung von Stahlanschlüssen konzentriert. Darüber hinaus erbringt er Beratungsleistungen für das AISC Steel Solutions Center.

Bo Dowswell ist Autor des AISC Design Guide 33, Curved Member Design, und veröffentlicht regelmäßig Fachbeiträge zur Stahlbemessung. Er gewann den AISC T. R. Higgins Lectureship Award 2020 für seine Forschung und Veröffentlichungen zu Knotenblechen. Er ist Mitglied mehrerer AISC-Ausschüsse, darunter des Committee on Specifications, des Committee on Manuals, des Committee on Research sowie der Task Group on Industrial Buildings and Nonbuilding Structures. Bo Dowswell ist außerdem Mitglied des Structural Stability Research Council, wo seine Aktivitäten hauptsächlich mit der Stabilität von Verbindungselementen und Trägern zusammenhängen.