3x
000217
29. August 2023

VE0217 | Biegung mit Imperfektion und Wölbung

Beschreibung

A structure consists of I-profile simply supported beam. The axial rotation φx is restricted on the both ends but the cross-section is free to warp (fork support). The beam has an initial imperfection in Y-direction defined as a parabolic curve with maximum displacement 30 mm in the middle. Uniform loading is applied in the middle of the top flange of I-profile. Das Problem wird durch folgenden Parametersatz beschrieben. The verification example is based on the example introduced by Gensichen and Lumpe see the reference.

Material Steel S235 Elastizitätsmodul E 210000.000 MPa
Schubmodul G 81000.000 MPa
Geometrie Struktur Länge L 6.000 m
Imperfection Maximum Imperfection imax 30.000 mm
I-Profil Höhe h 400.000 mm
Breite b 180.000 mm
Stegdicke s 10.000 mm
Flanschdicke t1 14.000 mm
Last Continuous Load q 30.000 kN/m
Exzentrizität ez -200.000 mm

Analytische Lösung

Eine analytische Lösung ist nicht verfügbar. Die Ergebnisse aus der Software S3D werden als Referenz herangezogen.

RFEM- und RSTAB-Einstellungen

  • Modeled in RFEM 6.06 and RSTAB 9.06
  • The element size is lFE= 0.010 m
  • Es wird ein isotropes linear-elastisches Materialmodell vorausgesetzt.
  • Die Anzahl der Inkremente beträgt 10
  • Second-Order and Large Deformation Analysis are used
  • Torsional Warping (7DOF) Add-on is used
  • Das Problem wird sowohl durch Stäbe als auch durch eine Kombination von Stäben und Flächenelementen modelliert
  • Stiffness is reduced by means of Partial Safety Factor γM=1.1

Ergebnisse

In RFEM 6 werden zwei Modellierungstechniken verwendet. At first, the I-section is modeled as a beam with given imperfection (parabolic shape). Next, the I-profile is modeled by means of surface elements (plates). In this case the boundary conditions are modeled as close as possible to the beam case, but the results can be influenced by the differencies in the modeling style. In RSTAB 9 the imperfection is modeled by means of the set of short beams with given imperfection in nodes.

RSTAB 9 results:

Anzahl S3D RSTAB 9 - Second-Order Analysys Verhältnis RSTAB 9 - Large Deformation Analysys Verhältnis
uy(x=3 m) [mm] 24.2 31.041 1.283 30.182 1.247
uz(x=3 m) [mm] 18.8 16.772 0.892 22.644 1.204
φx(x=3 m) [mrad] 152 186.528 1.227 194.596 1.280
My(x=3 m) [kNm] 134 134.738 1.006 135.550 1.012
Mz(x=3 m) [kNm] -20.5 -24.875 1.213 -26.716 1.303
Mω(x=3 m) [kNm2] 4.02 5.053 1.257 5.276 1.312
MTpri(x=0 m) [kNm] 2.91 3.165 1.088 3.301 1.134
MTsec(x=3 m) [kNm] 1.78 2.307 1.296 2.410 1.354

RFEM 6 results:

Anzahl S3D RFEM 6 - Second-Order Analysys Verhältnis RFEM 6 - Large Deformation Analysys Verhältnis RFEM 6 - Plates - Large Deformation Analysys Verhältnis
uy(x=3 m) [mm] 24.2 14.476 0.598 26.962 1.114 26.339 1.088
uz(x=3 m) [mm] 18.8 14.022 0.746 20.213 1.075 20.159 1.072
φx(x=3 m) [mrad] 152 86.937 0.572 175.234 1.153 172.512 1.135
My(x=3 m) [kNm] 134 133.477 0.996 132.992 0.992 - -
Mz(x=3 m) [kNm] -20.5 -17.476 0.852 -23.546 1.149 - -
Mω(x=3 m) [kNm2] 4.02 2.335 0.581 4.716 1.173 - -
MTpri(x=0 m) [kNm] 2.91 1.490 0.512 3.002 1.032 - -
MTsec(x=3 m) [kNm] 1.78 1.160 0.652 2.300 1.292 - -


Referenzen
  1. LUMPE, G. and GENSICHEN, V. Evaluierung der linearen und nichtlinearen Stabstatik in Theorieund Software: Prüfbeispiele, Fehlerursachen, genaue Theorie. Ernst, 2014.
  2. LUMPE, G. S3D (Vers. 25.09.2011). Hochschule Biberach, 2011.