Kip

Wat is kip en wat is de oorzaak?

Kip (lateral torsional buckling, LTB) is de vervorming van een onbeteugelde ligger als gevolg van de aangebrachte belastingen weg van zijn langsas – zowel laterale verplaatsing als torsie.

Onbeteugelde stalen liggers zijn liggers waarvan de drukflens vrij kan bewegen (of verplaatsen) in laterale richting en ook kan roteren. Als we deze theorie toepassen op een eenvoudig ondersteunde ligger, dan is de drukflens de bovenflens. Naarmate deze flens lateraal uitwijkt, probeert de trekflens de ligger recht te houden en ontstaan er ‘herstellende’ krachten door de laterale buiging van de ligger. Deze krachten alleen kunnen de ligger echter niet recht houden. De weerstand van de ligger tegen kip wordt bepaald door de herstellende krachten en de laterale component van de trekkrachten in de trekflens.

De interactie tussen de druk- en trekflenzen dwingt een onbeteugelde ligger tot torsie. De weerstand tegen deze torsie is afhankelijk van de torsieweerstand van de doorsnede van de ligger. Liggers met grote flensdiktes hebben bijvoorbeeld een grotere torsieweerstand dan liggers met kleinere flensdiktes bij een gegeven hoogte. Er zijn ook andere doorsneden die een grotere weerstand bieden (RHS/SHS) en deze worden vaak gebruikt in situaties waar (vrij) grote overspanningen nodig zijn om de verticale belasting te dragen (bijv. openingen met vouwdeuren) die gevoelig zijn voor krachtseffecten uit het vlak.

Om te zien hoe het bezwijken door kip zich voortplant, bekijk deze video.

Welke factoren beïnvloeden kip?

Er zijn drie hoofdfactoren:

1. Locatie van de aangebrachte belasting
2. De verdeling van het buigend moment
3. Randvoorwaarden van de oplegging

Locatie van de aangebrachte belastingen

Het effect van kip wordt bepaald door de afstand tussen de locatie van de aangebrachte belasting en het dwarskrachtcentrum van de doorsnede van de ligger.  De doorsnede is gevoeliger voor kip als de belasting boven het dwarskrachtcentrum wordt aangebracht.  Het effect is kleiner als de belasting langs het dwarskrachtcentrum wordt aangebracht, en als deze eronder wordt aangebracht heeft de ligger weinig kans om te bezwijken door kip.

[Terzijde] Het dwarskrachtcentrum is een punt op de doorsnede van de ligger waar de aangebrachte belastingen geen torsie veroorzaken.  Het is afhankelijk van de doorsnede. Het dwarskrachtcentrum en het zwaartepunt van een symmetrische doorsnede zijn hetzelfde.  Bij een asymmetrische doorsnede vallen deze mogelijk niet samen. Er komt wat wiskunde bij kijken om het dwarskrachtcentrum voor een gegeven doorsnede te berekenen, maar gelukkig gebruiken ingenieurs software en hebben ze tabellen waarnaar ze kunnen verwijzen!

De verdeling van het buigend moment

Een doorsnede met een uniform buigend moment over de lengte heeft een lagere knikweerstand vergeleken met een andere verdeling van het buigend moment.

Randvoorwaarden van de oplegging

De weerstand tegen kip van de doorsnede van een ligger neemt toe naarmate de opleggingen aan de uiteinden meer beteugeld worden. Vergelijk een ligger die rust op een oplegblok met een ligger die is ingestort in een betonwand. De laatste heeft meer beteugeling aan de uiteinden dan de eerste. De ene kan vrij roteren, de andere niet.

Overwegingen bij het ontwerp

Het toepassen van effectieve laterale beteugeling kan de afmeting van de ligger aanzienlijk ten goede komen. Volledige beteugeling kan worden bereikt door de samenwerkende werking van een betonnen vloer. Gedeeltelijke beteugeling kan worden bereikt met tussenliggers.  Windverbanden - van voldoende afmeting en geschikt geplaatst - kunnen ook worden gebruikt.

Dit is allemaal prima voor het ontwerp van de staaf, maar wat gebeurt er bij het ontwerp van de verbinding?

De feitelijke reactiekrachten blijven hetzelfde, ongeacht de beteugeling tegen kip, maar de staaf heeft door deze beteugeling extra inklemming.  Als we dit negeren, zou het ontwerp van de verbinding een overschatting zijn.

In de nieuwe versie van IDEA StatiCa (versie 22.0) hebben we een nieuwe bewerking geïntroduceerd – Lateral Torsional Restraint – waarmee onze gebruikers hier rekening mee kunnen houden als ze dat wensen.

Vind meer informatie over de functie Lateral Torsional Restraint. Deze bewerking voorkomt torsie van de staaf in de verbinding en maakt een economischer ontwerp mogelijk met behoud van de vereiste veiligheid.