A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
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Ingenieurmodell zum ungewöhnlichen Tragverhalten einzelliger Rechteckkästen mit linear veränderlicher Bauhöhe unter Torsionsbeanspruchung
10.1002/stab.200810055.abs
Einzellige prismatische Kastenträger erhalten aus Torsionsbeanspruchung, wenn im Krafteinleitungsbereich Queraussteifungen vorliegen, nahezu nur eine reine Schubbeanspruchung. Weist der Kastenträger hingegen eine linear veränderliche Bauhöhe auf, ergeben sich deutliche nderungen im Schubbeanspruchungsverlauf, und es treten zusätzliche hohe Wölbnormalspannungen auf. Letztere sind nicht vernachlässigbar, da sie zum Gleichgewicht beitragen und nicht durch Plastizieren – wie beim prismatischen Kasten – abgebaut werden können. Dieses Tragverhalten führt auch zu deutlich größeren Verformungen bzw. Stabverdrehungen, da sich nun auch Querschnittsverformungen einstellen.
Nachfolgend wird das ungewöhnliche Tragverhalten anhand von Einzelbeispielen kurz dargestellt. Den Schwerpunkt dieses Beitrags bildet die Vorstellung eines Ingenieurmodells, das es gestattet, Größe und Verlauf der hohen Wölbnormalspannungen und Schubspannungen (in Längsrichtung und entlang der Querschnittswandungen) anhand aufbereiteter Formeln zutreffend zu ermitteln. Dabei wird auch der zweiachsige Spannungszustand im Bereich der Querschnittskante mit erfasst. Darüber hinaus werden auch Formeln angegeben, um die Stabverdrehungen und die Verwölbungen an den Trägerenden abzuschätzen. Die Treffsicherheit dieser ingenieurmäßigen Näherungen wurde anhand von umfangreichen FE‐Berechnungen überprüft und kalibriert.
Simplified calculation model for the exceptional load carrying behaviour of tapered box girders with rectangular cross section under torsion.
Prismatic box girders get almost shear stresses due to torsional loading, if diaphragms are situated at the points of loading. Tapered box girders in contrast get high warping normal stresses with different shear stress distributions. The normal stresses can't be ignored, because they are necessary for equilibrium.
In this paper firstly the exceptional behaviour is presented, based on some examples. Then an engineering model is shown to calculate the normal and shear stresses with their distributions along the girder and along the cross section. Moreover formulas for the estimation of the deformations – twist and warping deformations – are presented. The accuracy of the engineering model was checked based on comprehensive FE‐calculations.
Ingenieurmodell zum ungewöhnlichen Tragverhalten einzelliger Rechteckkästen mit linear veränderlicher Bauhöhe unter Torsionsbeanspruchung
10.1002/stab.200810055.abs
Einzellige prismatische Kastenträger erhalten aus Torsionsbeanspruchung, wenn im Krafteinleitungsbereich Queraussteifungen vorliegen, nahezu nur eine reine Schubbeanspruchung. Weist der Kastenträger hingegen eine linear veränderliche Bauhöhe auf, ergeben sich deutliche nderungen im Schubbeanspruchungsverlauf, und es treten zusätzliche hohe Wölbnormalspannungen auf. Letztere sind nicht vernachlässigbar, da sie zum Gleichgewicht beitragen und nicht durch Plastizieren – wie beim prismatischen Kasten – abgebaut werden können. Dieses Tragverhalten führt auch zu deutlich größeren Verformungen bzw. Stabverdrehungen, da sich nun auch Querschnittsverformungen einstellen.
Nachfolgend wird das ungewöhnliche Tragverhalten anhand von Einzelbeispielen kurz dargestellt. Den Schwerpunkt dieses Beitrags bildet die Vorstellung eines Ingenieurmodells, das es gestattet, Größe und Verlauf der hohen Wölbnormalspannungen und Schubspannungen (in Längsrichtung und entlang der Querschnittswandungen) anhand aufbereiteter Formeln zutreffend zu ermitteln. Dabei wird auch der zweiachsige Spannungszustand im Bereich der Querschnittskante mit erfasst. Darüber hinaus werden auch Formeln angegeben, um die Stabverdrehungen und die Verwölbungen an den Trägerenden abzuschätzen. Die Treffsicherheit dieser ingenieurmäßigen Näherungen wurde anhand von umfangreichen FE‐Berechnungen überprüft und kalibriert.
Simplified calculation model for the exceptional load carrying behaviour of tapered box girders with rectangular cross section under torsion.
Prismatic box girders get almost shear stresses due to torsional loading, if diaphragms are situated at the points of loading. Tapered box girders in contrast get high warping normal stresses with different shear stress distributions. The normal stresses can't be ignored, because they are necessary for equilibrium.
In this paper firstly the exceptional behaviour is presented, based on some examples. Then an engineering model is shown to calculate the normal and shear stresses with their distributions along the girder and along the cross section. Moreover formulas for the estimation of the deformations – twist and warping deformations – are presented. The accuracy of the engineering model was checked based on comprehensive FE‐calculations.
Ingenieurmodell zum ungewöhnlichen Tragverhalten einzelliger Rechteckkästen mit linear veränderlicher Bauhöhe unter Torsionsbeanspruchung
Unterweger, Harald (author)
Stahlbau ; 77 ; 416-426
2008-06-01
11 pages
Article (Journal)
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English
Einzelliger Rechteckkasten mit linear veränderlicher Bauhöhe unter Torsionsbeanspruchung
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Aufsätze - Einzelliger Rechteckkasten mit linear veränderlicher Bauhöhe unter Torsionsbeanspruchung
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