Stability of steel plates under combined loading [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Benjamin Thorsten Braun

Benjamin Braun

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• Publié par: universitat_stuttgart
• Publié le: 01 janvier 2010
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• Langue: Deutsch
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Extrait

Institut für Konstruktion und Entwurf
Stahl- Holz- und Verbundbau
Universität Stuttgart
Stability of steel plates
under combined loading
Benjamin Braun





Mitteilungen
Oktober 2010 Nr. 2010-3Stability of steel plates
under combined loading
Von der Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
der Universität Stuttgart zur Erlangung der Würde eines Doktors der
Ingenieurwissenschaften (Dr.-Ing.) genehmigte Abhandlung
Vorgelegt von
Benjamin Thorsten Braun
aus Stuttgart
Hauptberichter: Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann
Mitberichter: Prof. Dr. Bernt Johansson
Prof. Dr. Joël Raoul
Tag der mündlichen Prüfung: 13. Oktober 2010
Institut für Konstruktion und Entwurf der Universität Stuttgart
2010Mitteilungen des Instituts für Konstruktion und Entwurf; Nr. 2010-3
Benjamin Braun Stability of steel plates
under combined loading
Herausgeber Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann
Pfaffenwaldring 7
70569 Stuttgart
Germany
Telefon: +49 (0)711 - 685 66245
Telefax: +49 - 685 66236
Redaktion Dipl.-Ing. Bernadette Froschmeier
D 93
© Institut für Konstruktion und Entwurf; Stuttgart 2010
Alle Rechte vorbehalten.
ISSN 1439-3751Vollkommenheit entsteht nicht dann, wenn man nichts mehr
hinzuzufügen hat, sondern wenn man nichts mehr wegnehmen kann.
Antoine de Saint-Exupéry
Terre des Hommes (1939), III: L’Avion, S. 60Vorwort
DievorliegendeArbeitentstandwährendmeinerTätigkeitalswissenschaftlicherMitarbei-
ter am Institut für Konstruktion und Entwurf der Universität Stuttgart. Frau Professorin
Ulrike Kuhlmann, Direktorin des Instituts, danke ich sehr herzlich für das entgegenge-
brachte Vertrauen und die Übernahme des Hauptberichts. Darüber hinaus bedanke ich
mich recht herzlich für ihre stetige Unterstützung und die Förderung meines Forschungs-
aufenthalts an der Luleå Tekniska Universitet, Schweden.
Mein aufrichtiger Dank gilt auch Herrn Professor Bernt Johansson, Luleå Tekniska
Universitet, Schweden, und Herrn Professor Joël Raoul, École Nationale des Ponts et
Chaussées (ENPC), Paris, Frankreich, für ihr Interesse an meiner Arbeit, die kritische
Durchsicht und die Übernahme des Mitberichts.
Ein Teil dieser Arbeit stützt sich auf experimentelle und theoretische Untersuchungen,
die im Rahmen des Forschungsprojekts „Competitive Steel and Composite Bridges for
Improved Steel Plated Structures“ (COMBRI) durchgeführt wurden. Ich bedanke mich
für die finanzielle Unterstützung durch den Research Fund for Coal and Steel (RFCS),
Brüssel, Belgien, und die inspirierende Zusammenarbeit mit allen am Projekt beteiligten
Partnern.
Zu großem persönlichem Dank verpflichtet bin ich dem Deutschen Akademischen Aus-
landsdienst (DAAD) für die finanzielle Unterstützung meines richtungsweisenden For-
schungsaufenthalts an der Luleå Tekniska Universitet, Schweden. An dieser Stelle danke
ich Herrn Professor Schew-Ram Mehra, stellvertretender Leiter des Lehrstuhls für Bau-
physik der Universität Stuttgart, für die Erstellung des Gutachtens zu meiner Person.
Des Weiteren bedanke ich mich recht herzlich bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft
(DFG) für die finanzielle Unterstützung zur Teilnahme an zwei Konferenzen in Brisbane
und Sydney, Australien.
Ein Dank gilt auch meinen Kolleginnen und Kollegen am Institut für Konstruktion
und Entwurf für die Anregungen und die gute Zusammenarbeit. Dies gilt insbesondere
denjenigen, ohne die die Zeit nur halb so schön gewesen wäre.
Ein ganz besonderer Dank gilt meinen Eltern und meiner Frau für ihre stetige Unter-
stützung und ihr Vertrauen, sowie der Geduld und Toleranz bei der Anfertigung dieser
Arbeit.
Stuttgart, im Juni 2010 Benjamin BraunKurzfassung
Ziel der Arbeit ist es, das Interaktionsverhalten stabilitätsgefährdeter, stählerner Platten
für ausgewählte Beanspruchungskombinationen zu analysieren und Bemessungsgleichun-
gen zu entwickeln, die Unzulänglichkeiten von EN1993-1-5:2006 beheben.
• Platten unter biaxialem Druck und Anwendung der Methode der redu-
zierten Spannungen basierend auf einem einzigen Plattenschlankheits-
grad. Bislang wurde die Interaktionsgleichung für biaxial druckbeanspruchte Plat-
ten lediglich anhand sehr weniger Ergebnisse überprüft und im Vergleich zu den
bewährten Regelungen nach DIN18800-3:1990 weicht sie deutlich ab. Das Interakti-
onsverhalten wird daher für die Basislastkombination „biaxialer Druck“ untersucht
und die Plausibilitätskriterien zur Übertragbarkeit der Ergebnisse z.B. auf die Bean-
spruchungskombination Querspannung (patch loading) und Biegespannung werden
diskutiert. Eine Modifikation der Interaktionsgleichung wird vorgeschlagen.
• Interaktion zwischen Querbelastung, Biegemoment und Querkraft in
Stegblechen von I-Trägern (F-M-V) und Anwendung der Methode der
wirksamen Breiten. Für die Interaktion zwischen Querbelastung und Querkraft
wird derzeit keine Bemessungsgleichung angeboten. Einige wenige Untersuchungen
in der Literatur zeigen jedoch eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Beanspru-
chungsarten. Experimentelle und numerische Untersuchungen werden durchgeführt,
um das Stabilitätsverhalten zu analysieren und ein Interaktionskriterium herzulei-
ten, das abschließend um den Biegemomenteneinfluss ergänzt wird.
Die Ergebnisse dieser Arbeit ermöglichen die zuverlässige und sichere Anwendung der
Methode der reduzierten Spannungen basierend auf einem einzigen Plattenschlankheits-
grad als Nachweisverfahren für biaxial druckbeanspruchte Platten. Der Vorschlag erwei-
tert zudem das bestehende Bemessungsverfahren um die Möglichkeit, günstig wirkende
Randlagerungseffekte der Platte bei der Ermittlung der elastisch kritischen Spannungen
zu berücksichtigen. Dies stellt einen wesentlichen Beitrag für einen numerisch gestützt zu
führenden Nachweis in Zukunft dar. Für die Methode der wirksamen Breiten wird für
den Nachweis der F-V-Interaktion eine Bemessungsgleichung vorgeschlagen, die mit der
vorhandenen F-M-Interaktionsgleichung harmonisiert wird, um auch den Biegemomen-
teneinfluss erfassen zu können.
Schlagwörter:
Stabilität, Plattenbeulen, Interaktion, Stahlbau