Stabiliteit van schetsplaten met behulp van lokale knikanalyse en materiaal niet-lineaire analyse (AISC)
Bij het ontwerpen van verbindingen volgens AISC 360 stelt hoofdstuk J.4 formules op voor elementen van staven bij verbindingen en verbindingselementen, zoals platen, schetsplaten, hoekstalen en consoles. De traditionele ontwerpmethode maakt gebruik van wiskundige vergelijkingen om de sterkte van constructieve elementen te berekenen.
Hoewel voor de meeste gangbare situaties nauwkeurige vergelijkingen zijn ontwikkeld, zijn voor sommige verbindingselementen alleen empirische of semi-empirische vergelijkingen beschikbaar. Met de juiste modelleringstechnieken kunnen verbindingen echter worden ontworpen met eindige elementenmodellen, waarbij rekening wordt gehouden met het volgende:
- Materiaal niet-lineaire analyse (MNA) voor een nauwkeurige voorspelling van de sterkte.
- Lineaire knikanalyse (LBA) kan informatie verschaffen over het ideale elastische knikgedrag van verbindingen.
- Geometrische niet-lineariteiten (GMNIA) om tweede-orde effecten, inelastisch materiaalgedrag, geometrische imperfecties en restspanningen in de LBA op te nemen.
Het onderzoek omvat experimentele gegevens van 86 experimentele proefstukken, handberekeningen met de ontwerpmethode uit het 15e AISC-handboek en de Eindige Elementen Methode.
Conclusies:
- Voor de 86 proefstukken was de ontwerpmethode uit de 15e editie van het AISC-handboek conservatief.
- De resultaten toonden aan dat nauwkeurige resultaten kunnen worden bereikt met de Eindige Elementen Methode door MNA te combineren met LBA.
- Om knik te vermijden moet de kritische belasting, Pel, gebaseerd op LBA, gelijk aan of groter zijn dan 4Pr voor LRFD-ontwerp en 6Pr voor ASD-ontwerp.
- Een ontwerpvoorbeeld van een consoleverbinding wordt gepresenteerd met behulp van handberekeningen en eindige elementenanalyse.
Download het volledige document
Auteur: Bo Doswell, PE, Ph.D.
Bedrijf: ARC International, LLC
Datum: 26 augustus 2022
Over de auteur:
Bo Dowswell begon in 1985 in de staalindustrie als tekenaar. Sindsdien behaalde hij B.S.-, M.S.- en Ph.D.-graden aan Auburn University en The University of Alabama at Birmingham. Als professioneel ingenieur richt zijn ontwerppraktijk zich op staalconstructies. Momenteel is hij directeur van zowel SDS Consulting, een ontwerpbureau, als ARC International, dat gespecialiseerd is in onderzoek en advies. Bo Dowswell is ook adjunct-professor aan The University of Alabama at Birmingham, waar zijn onderzoek en onderwijs zich concentreert op het ontwerp van staalverbindingen. Daarnaast verleent hij adviesdiensten aan het AISC Steel Solutions Center.
Bo Dowswell is de auteur van AISC Design Guide 33, Curved Member Design, en publiceert regelmatig technische artikelen over staalontwerp. Hij won de AISC T. R. Higgins Lectureship Award 2020 voor zijn onderzoek en publicaties over schetsplaten. Hij is lid van verschillende AISC-commissies, waaronder de Committee on Specifications, de Committee on Manuals, de Committee on Research en de Task Group on Industrial Buildings and Nonbuilding Structures. Bo Dowswell is ook lid van de Structural Stability Research Council, waar zijn activiteiten voornamelijk betrekking hebben op de stabiliteit van verbindingselementen en staven.