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.
Abschnitt G2 'I-förmige Stäbe und U-Profile' [1] im AISC ist in drei 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 Transverse Stiffeners
Was bedeutet Zugfeldwirkung?
Tension field action (TFA) is a phenomenon where the web of plate girder is designed to have significant post buckling strength. Im Nachbeulzustand ist der Steg noch in der Lage, die aufgebrachte Last durch Zug aufzunehmen.
In the previous editions of AISC, tension filed action can only be considered for the interior web panels when a/h does not exceed 3.0 where a is the clear distance between stiffeners and h is the clear distance between flanges.
In the AISC 2022 edition, partial tension field action can also be considered for the end web panels. Based on the recent results from both testing and finite element simulation, it is shown that tension field action actually can develop by forming plastic hinges in the flanges and bearing stiffeners (AISC Commentary).
Beispiel
Examples G.8A and G.8B of AISC 2022 Design Examples [2] are presented to compare the shear strength obtained from the RFEM model. 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) Check if transverse stiffeners are required per AISC section G2.4
Quersteifen sind nicht erforderlich, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist.
- h/tw ist kleiner als 2,46 √(E/Fy)
33.0 in / 0.3125 in = 105.6 is greater than 2.46*√(29,000 ksi / 50 ksi) = 59.24
- Der erforderliche Schubwiderstand ist kleiner als die vorhandene Festigkeit.
As shown is Design Check GG6100, the required shear strength (210.0 kips) is greater than the available shear strength (176.1 kips).
- Da keine der obigen Bedingungen erfüllt ist, sind Quersteifen erforderlich.
2) Bestimmung des Steifenabstands
For 50 ksi material, table 3-17a, 3-17b, and 3-17c of the AISC Steel Construction Manual [3] are helpful in determining the required stiffener spacing based on the h/tw ratio and the required stress. 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. An dieser Stelle kann der erforderliche Schubwiderstand einfach mit der Funktion 'Ergebnisverläufe am gewählten Stab' ermittelt werden. At the end of the first panel, Vz = 183.7 kips exceeds the available strength = 176.1 kips. Daher wird auch ein zweites Feld mit einem Abstand von 90 inch eingefügt. A third panel is not required since V = 127.5 kips is less than 176.1 kips.
3) Hinzufügen von 'Stabquersteifen' im Navigatoreintrag '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.
Da das Add-On Stahlbemessung aktiviert ist, ist auch die Option 'Steife berücksichtigen' verfügbar. Diese Option kann ein- und ausgeschaltet werden, um so die Wirkung einer jeden einzelnen Beulsteife auf die Bemessung zu berücksichtigen.
Bei Auswahl einer 'Stirnplatte' kann die Steife als 'Verformbar' oder 'Starr' berücksichtigt werden. ‘Non-rigid’ is selected when partial tension field action according to section G2.3 is considered for the end panel. When 'Rigid' is selected, the end panel is calculated according to section G2.2 (as an interior panel). 'Rigid' stiffener in RFEM is conceptualized as a model with 'hidden' overhang using two closely spaced stiffeners.
Die resultierende Wölbfeder wird automatisch berechnet. Sie wird jedoch ohne das Add-On
Wölbkrafttorsion (7 Freiheitsgrade)
zu importieren. Bei einer Berechnung mit 6 Freiheitsgraden haben die Quersteifen keinen Einfluss auf die Steifigkeit.
4) Schubwiderstand 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.
To view the design check for the end panel according to section G2.3, select the 'Design Ratios by Location' tab. In this example, the design check ratio for the end panel is less than the interior panel.
5) Transverse Stiffener Requirements According to AISC Section G2.4 [1]
Der Nachweis GG6130 liefert nicht nur den Schubwiderstand des Stabes, sondern auch:
- das Breite-zu-Dicke-Verhältnis der Steife (AISC Gl. G2-16)
- das Trägheitsmoment der Steife (AISC Gl. G2-17)
Mit der Option 'Stabquersteifen' können ausgesteifte Stege von Vollwandträgern in RFEM berücksichtigt werden.
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