Thema:
Torsionsanalyse nach AISC DG 9 mit dem Add-On 7 Freiheitsgrade
Kommentar:
Nach AISC Design Guide 9 Abschnitt 4.1 [1] sind für offene wölbbeanspruchte Querschnitte folgende Torsionsspannungen zu berücksichtigen:
Beschreibung:
- Reine Torsionsschubspannung (Gleichung 4.1)
- Wölbschubspannung (Gleichung 4.2a)
- Normalspannung durch Verwölbung (Gleichung 4.3a)
Neben den Torsionsbeanspruchungen sind auch die Biege- und Schubspannungen (Gleichung 4.5 und 4.6) infolge ebener Biegung und Normallast (Gleichung 4.7) zu berücksichtigen.
Mit der
Add-On Wölbkrafttorsion (7 Freiheitsgrade).
, Diese Spannungen können in berechnet werden
Add-On Stahlbemessung
. Dadurch kann die Gesamtschub- und Normalspannung genauer ermittelt werden als ohne das Add-On 7 Freiheitsgrade, mit welchem generell ein geringeres Nachweiskriterium resultierte. Nachweise für Knickgrenzzustände werden jedoch nicht geführt.
Die Verdrehbehinderung ist über "tatsächliche" Knotenlager in RFEM zu definieren (Bild 01).
Die Zuweisung von Torsions- und/oder Wölbfedern im Add-On ''Knicklängen'' für die Stahlbemessung (Bild 2) wird bei der Torsionsanalyse nach AISC Design Guide 9 (mit oder ohne 7 Freiheitsgrade) '''nicht''' berücksichtigt Add-On). Verdreh- und Wölbbehinderung wirken sich nicht auf die anderen Nachweise aus.
'''Beispiel'''
Ein Träger W12x50 wird verschiedenen Lasten einschließlich Torsion ausgesetzt. An den Knoten 5 und 7 sind Drehbettungen um ihre Längsachse (X-Achse) vorgesehen (Bild 3).
Die Ergebnisse mit und ohne dem Add-On Wölbkrafttorsion (7 Freiheitsgrade) sind in Bild 04 dargestellt. Ohne das Add-On werden die Schub- und Normalspannungen aus Verwölbung nicht berücksichtigt. Im Nachweis HH7370.00 werden die kombinierten Spannungen mit stark konservativen Gleichungen aus AISC 360 Abschnitt H3.3 [2] "Non-HSS Memberstragwerk bei Torsion und kombinierter Spannung" ermittelt.
Mit dem Add-On berechnet der Nachweis HH7400.00 die kombinierten Spannungen nach AISC Design Guide 9 [1], was zu einem viel geringeren Nachweisverhältnis im Vergleich zu AISC 360 Abschnitt H3.3 [2] führte.
Betrachtet man die Nachweisdetails für gg6400.00 aus beiden Analysen, so ist die ohne das Add-On berechnete reine Torsionsschubspannung deutlich höher (Bild 05).
Fazit
Mit der Listenschaltfläche Add-On Wölbkrafttorsion (7 Freiheitsgrade). führt die Querschnittsverwölbung als zusätzlichen Freiheitsgrad ein und ermöglicht so eine genauere und umfassendere Torsionsanalyse. Bei der Bemessung gemäß AISC 360 innerhalb der Add-On Stahlbemessung , Torsionsspannungen werden basierend auf dem AISC Design Guide 9 berechnet. Die Integration des erweiterten 7 Freiheitsgrade-Add-Ons ermöglicht eine genauere und wirtschaftlichere Bemessung von Stahlstäben.