IBK Jahresbericht 2004-2006 - Institut für Baustatik und Konstruktion ...

FORSCHUNG
Tragverhalten von Querschnittselementen
aus Metallen mit nichtlinearer Spannungs-
Dehnungsbeziehung
Projektleitung:
Mitarbeiter:
Prof. Dr. M. Fontana
P. Niederegger, M. Knobloch.
Metalle wie Aluminium und rostfreier Stahl weisen
im Gegensatz zu Karbonstahl bei Raumtemperatur
weder eine scharfe Fliessgrenze, noch ein ausgeprägtes
Fliessplateau auf. Häufig wird deshalb die
Spannung bei 0.2% plastischer Dehnung als äquivalente
Fliessgrenze verwendet. Davon ausgehend
wird für beulgefährdete Bauteile analog zu Karbonstahl
die Methode der wirksamen Breiten zur Bestimmung
der Traglast verwendet. Dieser einfache
spannungsabhängige Ansatz hat allerdings den
Nachteil, dass er den tatsächlichen Verlauf ausgerundeter
Spannungs-Dehnungskurven nicht berücksichtigt.
Wie erste Versuchsergebnisse gezeigt haben,
führt dieser Ansatz zu unnötig konservativen Ergebnissen,
vor allem bei dreiseitig gelagerten Querschnittselementen
(z.B. Flansche von U- oder I-
Profilen) unter kombinierter Druck- und Biegebelastung.
Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden verformungsgesteuerte
Versuche an dreiseitig gelenkig
gelagerten Blechscheiben unter reinem Druck resp.
Druck mit Biegung sowie Kleinversuche an vierseitig
gelenkig gelagerten Blechscheiben unter reinem
Druck durchgeführt. Die verwendeten Metalle
waren Aluminium, rostfreier Stahl und Karbonstahl.
Im Vorfeld der Versuche wurden mit Hilfe
von Zugversuchen die Materialeigenschaften sowie
die Anfangsimperfektionen der Versuchskörper
bestimmt und in ein Finite-Element-Modell implementiert.
Darauf aufbauend wurde eine Parameterstudie
durchgeführt und ein neuartiges Berechnungsmodell
entwickelt. Das Berechnungsverfahren
berücksichtigt den wahren Spannungs-Dehnungsverlauf
und liefert damit wirtschaftlichere
Bemessungsresultate.
Load Carrying Behaviour of Cross-sectional
Elements from Metals With Nonlinear
Stress-Strain Relationship
Unlike carbon steel at ambient temperature, metals
like aluminium and stainless steel show neither a
sharp yield point nor a distinctive yield plateau.
Therefore, the stress at 0.2% plastic strain is often
taken as an equivalent yield stress. As with carbon
steel, the effective width method is used for crosssectional
elements prone to buckling to calculate
the ultimate load. This simple stress-based calculation
model has the disadvantage of neglecting the
effective shape of nonlinear stress-strain curves. Initial
test results have shown that this approach leads to
conservative results, especially for unstiffened elements
subjected to combined compression and bending.
Within the scope of this research project unstiffened
plates subjected to in-plane compression and
combined compression and bending were tested.
Small tests on stiffened plates subjected to pure inplane
compression were also conducted. The metals
used were aluminium, stainless steel and carbon
steel. The tests were displacement-controlled. Prior
to testing, material properties and the initial imperfections
of the specimens were determined and
implemented into a finite element model. Based on
this, a parametric study was performed and a novel
calculation model was developed. The novel calculation
method considers the whole stress-strain
curve and leads to realistic results.
Dreiseitig gelenkig gelagerte Blechscheibe aus Karbonstahl
unter reiner Druckbelastung.
Three-side supported plate under in-plane compression.
49