Συμβολή στο σχεδιασμό πολυώροφων μεταλλικών πλαισίων έναντι καμπτικού λυγισμού

Abstract

The present thesis deals with problems related to the non-linear behaviour of plane steel frames and especially the problem of flexural buckling and the flexible response exhibited by such structures when they are subjected to lateral loads. The main objective of the thesis is to propose ways for improving the accuracy of approximate methods for tackling these nonlinear issues by means of linear analyses. Thus, it is attempted to reliably assess the strength of multi-story steel plane frames, associated with non-linear behaviour, by conducting linear analyses. The main part of the thesis deals with the improvement of the effective buckling length method for the evaluation of the elastic critical buckling load of columns in multi-story frames. It is pointed out that the effective buckling length can be used for the evaluation of the slenderness and, subsequently, the ultimate strength of the corresponding members subjected to various types of actions according to the code provisions. Next, an easy to use method is presented for the estimation of the importance of second order effects in the behavior of steel frames and the evaluation of the amplification factor α, to be used as a multiplier of stresses and strains obtained from linear analysis, in order to avoid carrying out a non-linear analysis, at least at a preliminary design stage. Furthermore, an initial attempt to investigate the interaction of compressive axial forces and bending moments in steel members is presented. Finally, the influence of the direction of imperfections as well as material nonlinearity on the buckling capacity of “gama”-shape sway frames is investigated.

Η παρούσα εργασία πραγματεύεται προβλήματα μη γραμμικής συμπεριφοράς επιπέδων πλαισιακών φορέων από χάλυβα, και κυρίως το πρόβλημα του καμπτικού λυγισμού τους και το πρόβλημα της εύκαμπτης απόκρισής τους έναντι πλευρικών φορτίων. Στόχος της εργασίας είναι να προταθούν τρόποι βελτίωσης της ακρίβειας προσεγγιστικών μεθόδων αντιμετώπισης αυτών των φαινομένων μέσω γραμμικών αναλύσεων. Επιδιώκεται επομένως η αξιόπιστη εκτίμηση της φέρουσας ικανότητας πολυώροφων μεταλλικών πλαισιακών κατασκευών, η οποία συνδέεται με μη γραμμική συμπεριφορά, με εκτέλεση γραμμικών αναλύσεων. Στο μεγαλύτερο μέρος της η εργασία ασχολείται με την βελτίωση της ακρίβειας της μεθόδου του ισοδυνάμου μήκους λυγισμού για τον υπολογισμό του ελαστικού κρίσιμου φορτίου λυγισμού υποστυλωμάτων πολυώροφων πλαισίων. Επισημαίνεται ότι το ισοδύναμο μήκος λυγισμού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της λυγηρότητας των αντίστοιχων υποστυλωμάτων και στην συνέχεια για τον υπολογισμό της αντοχής τους υπό διάφορες εντατικές καταστάσεις, σύμφωνα με τις κανονιστικές διατάξεις. Στη συνέχεια παρουσιάζεται μια εύχρηστη μέθοδος για την αξιολόγηση της σπουδαιότητας της επιρροής 2ης τάξης στην απόκριση μεταλλικών πλαισίων και την εκτίμηση του επαυξητικού συντελεστή α, με τον οποίο μπορούν να πολλαπλασιάζονται τα μεγέθη έντασης και παραμόρφωσης που προκύπτουν από γραμμική ανάλυση ώστε να λαμβάνονται τα αντίστοιχα ορθότερα μεγέθη, αποφεύγοντας την εκτέλεση μη γραμμικής ανάλυσης, ιδιαιτέρως σε φάση προμελέτης. Ακόμη, γίνεται μία πρώτη προσέγγιση στην αλληλεπίδραση θλιπτικής αξονικής δύναμης και καμπτικής ροπής σε μέλη πλαισίων. Τέλος γίνεται διερεύνηση της επιρροής του προσήμου των αρχικών ατελειών καθώς και της ανελαστικής συμπεριφοράς του υλικού στην αντοχή πλαισιακών μεταθετών φορέων μορφής Γ.