Dieser Aufsatz beschreibt -als erster einer Serie von drei Teilen -im Wesentlichen die Details der so genannten "Allgemeinen Methode" von DIN EN 1993-1-1/Abschnitt 6.3.4. Diese softwarebasierte Methode für beliebige 2D-und 3D-Stahlstrukturen benutzt ein integriertes Nachweiskonzept der Stabilitätsanalyse und -nachweise. Sie wird mit der klassischen Ersatzstabmethode für Stabilitätsnachweise einfacher Stabmodelle verglichen, bei der im Allgemeinen unterschiedliche Berechnungsmodelle (wie auch gegebenenfalls entsprechende Software) zur Schnittgrößenberechnung in der Ebene und den Stabilitätsnachweisen verwendet werden. Für die numerische Analyse -das ist ein entscheidender Kernpunkt der Methode -wird die auf der Basis von EC 3 entwickelte Software ConSteel eingesetzt, die ein leistungsfähiges 3D finites Balken-Stützenelement mit zwei Knoten und jeweils sieben Verformungsfreiheitsgraden verwendet, dessen Qualität mit relevanten Benchmark-Tests nachgewiesen wird. Nach der soeben erst publizierten Methodik der Klassifikation von Software zur Anwendung der Theorie 2. Ordnung ist ConSteel in die höchste Kategorie 5 (TH. II.O.-3WS) einzuordnen. Die "Allgemeine Methode" führt zu einer robusten und vor allem verständlichen computerunterstützten Nachweismethodik gegen globales Stabilitätsversagen. Part 1). This paper -as the first one of a series of three parts -presents the details and use of the "General method" of DIN EN 1993-1-1/clause 6.3.4. This method is a model based design procedure for steel structures using integrated stability analysis and standard check. The method is compared to the classical method where different calculation models as well as suitable software are used for the stress analysis and for the stability analysis and check. Also the alternative method of 3D calculations with the theory 2 nd order using equivalent initial deformations, which are derived from the eigenform analysis, is presented. For the numerical analysis (as it is the crucial point of the method) the 14 DOF beamcolumn finite element of ConSteel is described and its quality is shown by relevant benchmarks. According to the recently published methodology for the classification of 2 nd order theory software ConSteel belongs to the highest category 5 (TH. . Finally it is shown that the "General method" leads to an easy to use, robust and understandable computer aided design methodology against loss of global stability. DIN EN 1993-1-1 based integrated stability analysis of 2D/3D steel structures (
Es werden die Grundlagen und Vorgehensweise der vollständigen (oder globalen) äquivalenten Imperfektionsmethode zum Traglastnachweis biege‐ und normalkraftbeanspruchter Stahlträger als Alternative zum klassischen Biegedrillknicknachweis dargestellt. Die Tragfähigkeit des Trägers ergibt sich als Nachweis seines kritischen Querschnitts. Die Beanspruchungen sind durch Gleichgewicht am mäßig verformten System nach der Theorie II. Ordnung und unter Berücksichtigung der auf der relevanten räumlichen elastischen Eigenform basierenden, globalen, geometrischen Ersatzimperfektion zu berechnen. Deren maximale Amplituden werden an den folgende Basisfällen abgeleitet: beidseitig starr gabelgelagerter Einfeldträger mit konstantem Querschnitt, konstanter Normalkraft oder konstantem Biegemoment. Die Methode verlangt die Nutzung einer geeigneten Software, denn sie basiert auf FE‐Balkenelementen mit gekoppelter Biege‐ und Wölbkrafttorsion. Deren praktische Anwendung und ihre Genauigkeit werden Schritt für Schritt an numerischen Beispielen erläutert.
Dieser Aufsatz zeigt – als zweiter von drei Teilen – in den Abschnitten 8 bis 10 im Wesentlichen die Anwendung der so genannten Allgemeinen Methode von DIN EN 1993‐1‐1/ Abschnitt 6.3.4 zum Nachweis biegedrillknickgefährdeter Tragstrukturen auch im Vergleich zu der parallel benutzten Methode der Biegetorsionstheorie II. Ordnung mit Ansatz von Vorverformungen. Man erkennt an der Vielzahl der Beispiele leicht ihre Einfachheit, Wirtschaftlichkeit und vielfach auch ihre Überlegenheit gegenüber den bekannten konventionellen Methoden hinsichtlich der Aufteilung komplexer Stahlstrukturen in Einzelstäbe, um Biegedrillknicknachweise mit der Ersatzstabmethode oder der Biegetorsionstheorie II. Ordnung führen zu können. ConSteel – als integriertes Programmsystem für beliebige 2D‐ und 3D‐Stahl‐ und Stahlverbundstrukturen – bietet die notwendige Softwarebasis, um die Parameter dieser Allgemeinen Methode zu berechnen und erledigt auch die diesbezüglichen Nachweise. In Abschnitt 7 wird als Ergänzung zu den Benchmarkbeispielen von Teil 1 [44] gezeigt, dass ConSteel auch bei Stäben mit starken kontinuierlichen Rotationsbettungen korrekte Eigenwerte und insbesondere korrekte Eigenformen liefert, was bei Anwendung der Biegetorsionstheorie 2. Ordnung mit affinen Vorverformungen unbedingt notwendig ist. Abschnitt 11 als Abschluss dieses Teiles 2 leitet mit Untersuchungen der stabilisierenden Wirkung von 3D‐Verbänden zu Teil 3 über (erscheint voraussichtlich in Stahlbau Heft 5/2014), wo komplexere 3D‐Strukturen (z. B. Stahlhallen) insbesondere hinsichtlich der Wirkung von Exzentrizitäten der Anschlüsse und der räumlichen Interaktionen der Substrukturen bei den Stabilitätsnachweisen behandelt werden.DIN EN 1993‐1‐1 based integrated stability analysis of 2D/3D steel structures (part 2). This paper – as the second of a series of three parts – presents within chapters 8 until 10 the benefits of the “General Method“ (DIN EN 1993‐1‐1/clause 6.3.4) with regard to steel structures, which are vulnerable towards 3D‐lateral bending and torsional instabilities. The concurrent method of theory 2nd order including the warping and using initial deformations (either as initial bows or as eigenshape equivalent) is also applied for comparison. Various examples illustrate their easiness of application as well as its profitability and mostly superiority versus the well known conventional methods of subdividing complex steel structures into small substructures (mostly single members) to check the lateral torsional buckling behavior. ConSteel ‐developed as an integrated system for optional 2D and 3D steel and composite structures‐ offers the necessary software base to compute all parameters and additionally to perform the required checks of the “General Method“. Chapter 7 complements the benchmark examples from the first part [44], i.e. ConSteel even computes correctly the eigenshapes of members with continuous high rotational spring support. This is particularly required with application of theory 2nd order including the warping using equivalent initial deformations. Chapter 11 concludes this second part with studies of stabilizing effects of 3D‐bracings. Investigations into the 3D stability calculation and checks will become main focus of the third part (presumably presented in STAHLBAU 5/2014). This last part will deal with more complex 3D structures (e.g. industrial buildings) particularly concerning impacts of eccentricities of loading, connections, supports and the spatial interaction of sub‐structures under stability checks.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.