In RFEM 6 können die erforderlichen Steifen entlang der Stablänge mit der Option Stabquersteifen hinzugefügt werden. Die erhöhte Schubfestigkeit aufgrund der Steife kann im Add-On Stahlbemessung berücksichtigt werden.
Der AISC Abschnitt G2 "I-Shape Members and U-Profile" [1] ist in vier Abschnitte gegliedert:
- G2.1 Schubwiderstand von Stegen ohne Zugfeldwirkung
- G2.2 Schubwiderstand von Innenstegfeldern mit a/h ≤ 3 unter Berücksichtigung der Zugfeldwirkung
- G2.3 Schubfestigkeit der Endstegfelder mit a/h ≤ 3 unter Berücksichtigung der Zugfeldwirkung
- G2.4 Quersteifen
Was bedeutet Zugfeldwirkung?
Die Zugfeldwirkung (TFA) ist ein Phänomen, bei dem der Steg eines Vollwandträgers so bemessen wird, dass er eine erhebliche Nachbeulfestigkeit aufweist. Im Nachbeulzustand ist der Steg noch in der Lage, die aufgebrachte Last durch Zug aufzunehmen.
In den früheren Ausgaben des AISC konnte die Einwirkung aus Zugfeldern nur dann für die inneren Stegfelder berücksichtigt werden, wenn a/h 3,0 nicht überschreitet, wobei a der lichte Abstand zwischen den Steifen und h der lichte Abstand zwischen den Flanschen ist.
In der Ausgabe 2022 von AISC kann die Teilzugfeldeinwirkung auch für die Endstegfelder berücksichtigt werden. Basierend auf aktuellen Ergebnissen aus Versuchen und Finite-Elemente-Simulationen wird gezeigt, dass sich Zugfeldwirkung tatsächlich durch die Ausbildung plastischer Gelenke in den Flanschen und Lagersteifen ausbilden kann (AISC-Kommentar)[1].
Beispiel
Die Beispiele G.8A und G.8B der AISC 2022 Bemessungsbeispiele [2] werden vorgestellt, um die Schubfestigkeit zu vergleichen, die sich aus dem RFEM-Modell ergibt. Der Träger ist 56 ft lang und 3 ft hoch, die Flansche sind 1,5 inch dick x 16 inch breit, und der Steg hat eine Dicke von 5/16 inch. Der Druckgurt ist durchgehend ausgesteift, was darauf hinweist, dass der Biegedrillknicknachweis (BGDK) im Programm deaktiviert werden kann.
Ein zusammengesetzter Träger kann mit Hilfe des Querschnittstyps "Parametrisch - Dünnwandig" und der Herstellungsart "Geschweißt" erstellt werden.
1) Überprüfung, ob Quersteifen nach AISC Abschnitt G2.4 erforderlich sind
Quersteifen sind nicht erforderlich, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist.
- h/tw ist kleiner als 2,54 √(E/Fy )
33,0 in/0,3125 in = 105,6 ist größer als 2,54*√(29.000 ksi/50 ksi) = 61,2
- Der erforderliche Schubwiderstand ist kleiner als die vorhandene Festigkeit.
Wie im Nachweis gg6100 gezeigt, ist die erforderliche Schubfestigkeit (210,0 kips) größer als die vorhandene Schubfestigkeit (176,1 kips).
- Da keine der obigen Bedingungen erfüllt ist, sind Quersteifen erforderlich.
2) Bestimmen Sie den Steifenabstand
Für ein Material von 50 ksi sind die Tabellen 3-17a, 3-17b und 3-17c des AISC Steel Construction Manual [3] hilfreich, um den erforderlichen Steifenabstand basierend auf dem Verhältnis h/tw und der erforderlichen Spannung zu bestimmen. Alternativ kann auch ein iterativer Ansatz wie Trial-and-Error zur Ermittlung der Abstände angewandt werden.
Im vorliegenden Beispiel wird ein Abstand von 42 inch für das Endfeld verwendet. Die an dieser Stelle erforderliche Scherfestigkeit kann man sehr leicht mit dem Tool "Ergebnisverläufe am gewählten Stab" ermitteln. Am Ende des ersten Feldes überschreitet Vz = 183,7 kips die vorhandene Festigkeit = 176,1 kips. Deshalb werden auch zusätzliche Steifen im Abstand von 90 eingefügt. Ein drittes Feld ist nicht erforderlich, da V = 127,5 kips kleiner als 176,1 kips ist.
3) Hinzufügen von "Stabquersteifen" unter "Typen für Stäbe" in RFEM
Es stehen mehrere Typen von Steifen zur Verfügung. In diesem Beispiel wird am Anfang und am Ende des Stabes die Option "Stirnplatte" verwendet. Für die Zwischensteifen wird "Flach" eingestellt. Für jede Steife werden Lage, Material und Größe festgelegt.
Die Option "Steife berücksichtigen" ist verfügbar, da das Add-On Stahlbemessung aktiviert wurde. Diese Option kann ein- und ausgeschaltet werden, um so die Wirkung einer jeden einzelnen Beulsteife auf die Bemessung zu berücksichtigen.
Bei "Stirnplatte" kann die Steife als "Nicht starr" oder "Starr" berücksichtigt werden. 'Nicht starr' wird ausgewählt, wenn die Teilzugeinwirkung nach Abschnitt G2.3 für das Stirnfeld berücksichtigt wird. Bei Auswahl von "Starrstab" wird das Stirnfeld nach Abschnitt G2.2 berechnet (als Innenfeld). Die "starre" Steife in RFEM wird als Modell mit "verborgenem" Überhang unter Verwendung von zwei eng beieinander liegenden Steifen konzipiert.
Die resultierende Wölbfeder wird automatisch berechnet. Dieser wird bei der Analyse ohne das Add-On Wölbkrafttorsion (7 Freiheitsgrade) jedoch nicht berücksichtigt.
Bei einer Berechnung mit 6 Freiheitsgraden haben die Quersteifen keinen Einfluss auf die Steifigkeit.
4) Schubfestigkeit im Add-On Stahlbemessung
Wie in Abschnitt G2.2 angegeben, kann die größere Nennschubfestigkeit aus Abschnitt G2.1 (ohne Zugfeldwirkung) und Abschnitt G2.2 (mit Berücksichtigung der Zugfeldwirkung) verwendet werden. Beide Bedingungen werden im Add-On Stahlbemessung beim Bemessungsnachweis GG6100 geprüft.
Um den Nachweis für das Stirnfeld nach Abschnitt G2.3 anzuzeigen, wählen Sie das Register "Ausnutzungen stellenweise". In diesem Beispiel ist das Nachweiskriterium für das Stirnfeld geringer als das Innenfeld.
5) Anforderungen an die Quersteife nach AISC Abschnitt G2.4 [1]
Der Nachweis GG6130 liefert nicht nur den Schubwiderstand des Stabes, sondern auch:
- Breite-zu-Dicke-Verhältnis der Steife (AISC Gl. G2-16)
- Trägheitsmoment der Steife (AISC Gl. G2-17)
Mit der Option "Stabquersteifen" können ausgesteifte Stege von Vollwandträgern in RFEM berücksichtigt werden.
