Nivelellisesti tuetun teräspilarin mitoitus toisen kertaluvun vaikutukset huomioon ottaen

Abstract

Tässä työssä on käsitelty yksinkertaisen nivelellisesti tuetun ja aksiaalisesti kuormitetun teräspilarin rasituksia ottamalla huomioon toisen kertaluvun geometriset vaikutukset pilarin käyttäytymiseen. Työ on tehty A Insinöörit Suunnittelu Oy:n toimeksiannosta. Nykyään on olemassa monia kaupallisia FEM –laskentaohjelmia, jotka kykenevät laskemaan toisen kertaluvun vaikutukset monimutkaisissakin rakenteissa kohtuullisen helposti. Nämä ohjelmat ovat kuitenkin yleensä melko työläitä käyttää ja siksi yrityksellä on tilausta yksinkertaiselle ja nopealle tavalle tutkia toisen kertaluvun vaikutukset. Yrityksellä on käytössään Dlubalin numeerinen laskentaohjelma RFEM, joka kykenee tarkistamaan rakenteen ensimmäisen kertaluvun, toisen kertaluvun, kolmannen kertaluvun tai jälkikriittiset vaikutukset. Työssä käydään läpi stabiilisuusteorian osalta tarvittavat perusteet ja tehdään analyyttiseen ratkaisuun perustuvat laskentakaavat puristetun pilarin epäkeskiselle kuormitukselle, alkukaarevuudelle sekä tasaiselle viivakuormalle. Analyyttisen ratkaisun tuloksia verrataan sekä eurokoodin 1993-1-1 ohjeistuksen mukaiseen yksinkertaistettuun menettelyyn että RFEM –ohjelman numeerisiin tuloksiin. Työn tavoitteena on näiden vertailujen pohjalta lisätä yrityksen käytössä olevaan laskentaohjelmaan ominaisuus, jolla pystytään huomioimaan myös geometriset epälineaarisuudet ja niiden aiheuttamat toisen kertaluokan vaikutukset yksinkertaisessa tapauksessa.

This thesis analyzes simple axially loaded pin-ended steel column with taking into account second order effects caused by geometric imperfection. The thesis has been done as assignment by the A-Insinöörit Suunnittelu Oy. Currently, there are several commercial FEM (Finite Element Analysis) –softwares which are able to calculate second order effects quite easily in complicated structures. These softwares are usually quite complicated to use and thereby the company have a need for simple and fast way to check second order effects in simple cases. The company uses Dlubal’s software called RFEM, which is capable of checking the structure according to theory of first order, second order, third order or post-critical considerations. The thesis presents the necessary basics of the theory of stability and examines the formulation of analytical solution for axially loaded column in cases of column with eccentric load, column with initial-out-straightness (curved) and column with distributed load. The analytical solution results are compared to Eurocode SFS-EN 1993-1-1 guidelines of the simplified method and the numerical results provided by RFEM. The aim of the thesis is create additional feature to calculating software, which can consider the geometric non-linearities including the resulting second order effects in a simple case.