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2024-07-15

Influence of stiffeners at the girder flanges for rigid frame joints

How do the stiffeners at the outer flange edges of a rigid frame joint beam affect the maximum resistant moment as well as the rotational stiffness and the accompanying displacements on a frame structure?


Answer:

The stiffener placement in a rigid frame joint initially affects the resistance of the joint.
To illustrate this, the graphic below shows a comparison of 5 connections, which are basically structurally the same and only differ in the stiffeners on the flanges of the girder.
Dabei wird der erste betrachtete Anschluss ohne Steifen an den Flanschaußenkanten ausgeführt und die folgenden mit Steifen von 5; 8; 20 und 30 mm Dicke.
Dabei lässt sich eine Steigerung des maximal aufnehmbaren Momentes von 12-33 % feststellen.
Ab einer Blechdicke von 20 mm ergibt sich keine weitere Erhöhung des maximal aufnehmbaren Momentes, da die maximalen Grenzdehnungen stets im angeschlossenen Träger überschritten werden.

Furthermore, the stiffeners have an influence on the rotational stiffness of the connection and the associated effect on the deformations of the entire structure.
Zur Veranschaulichung des Einflusses der Steifen auf die Verformung des Gesamttragwerks wurden 3 Anschlusskonfigurationen erstellt, welche hinsichtlich der Schrauben-; Stirnplatten- und Trägergeometrien sowie deren Materialien identisch sind, jedoch als Ausführung ohne Steifen, mit Steifen von 5 mm Dicke sowie mit Steifen von 30 mm Dicke.
Vereinfacht wurden die ermittelten Rotationssteifigkeiten einer Anschlusskonfiguration an allen Knoten eines Rahmentragwerks gleich angesetzt (Bei exakter Betrachtung wäre diese auch bei baugleichen Anschlüssen abweichend, da die Rotationsteifigkeit vom Verhältnis des maximal am Anschluss wirkenden Momentes zum maximal aufnehmbaren Moment des Anschlusses abhängt).
The connection without stiffeners has a rotational stiffness of 138 [MNm/rad].
Für den Anschluss mit 5 mm dicken Steifen eine Rotationssteifigkeit von 181[MNm/rad], sowie 217 [MNm/rad] für die Anschlusskonfiguration mit 30 mm dicken Steifen. As a further comparison model, the entire structure was modeled with completely rigidly connected beams.
Wie in untenstehender Abbildung zu sehen ist, schwanken die maximalen horizontalen Verschiebungen dabei zwischen 57 mm für den Anschluss ohne Steifen; 55 mm bei einer Steife von 5 mm; 54 mm bei einer Steife von 30 mm sowie 48 mm bei Vernachlässigung der Rotationssteifigkeit (vollständig biegesteif).


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