Budapest University of Technology and EconomicsFaculty of Civil Engineering - Since 1782

Az acél trapézlemez régóta széles körben alkalmazott szerkezeti elem az építőmérnöki gyakorlatban. Az elmúlt évtizedben azonban alkalmazása a tisztán acél és öszvér magas- és hídépítés területén is előtérbe került trapézlemez-gerincű tartókban. A konzervatív nemzetközi tervezői gyakorlat követi a meglévő nemzetközi szakirodalom és szabványok ajánlásait, melyek szerint a teljes keresztmetszet nyírási teherbírása a trapézlemez-gerinc nyírási teherbírásával vehető figyelembe. A normálszilárdságú acél trapézlemez-gerincű tartók esetén ennek a feltételezésnek a helyessége igazolt, ugyanakkor a teherbírás meghatározására kidolgozott jelenlegi szabványos méretezési eljárás pontatlan és kis gerincvastagságok esetében igazoltan a biztonság kárára téved. Nagyszilárdságú acél felhasználásával kombinált és/vagy (feszített) vasbeton övlemezek esetében a szakirodalmi vizsgálatok száma kevés és méretezési eljárások sem állnak kellő számban rendelkezésre. A nemzetközi szakirodalomi terminológia ezeket a szerkezeti kialakításokat „hibrid” szerkezetnek nevezi.
Az eddig elvégzett kísérleti és számítógépes virtuális modelleken alapuló vizsgálatok azt mutatják, hogy a normálszilárdságú acéltól eltérő övlemezek hozzájárulása számottevő a teljes keresztmetszet kezdeti nyírási merevségéhez és teherbírásához, a trapézlemez-gerinc horpadási módjához és a horpadást követő posztkritikus viselkedéshez. A téma célkitűzése, hogy a viselkedés megértésén keresztül méretezési módszereket dolgozzon ki az integrált nyírási teherbírás meghatározására. A kidolgozott méretezési módszernek ki kell terjedjen a jelenlegi tervezési gyakorlatban alkalmazott analitikus modelleken alapuló kézi számítási eljárásokra és a fejlett számítógépi virtuális modelleken alapuló eljárásokra, melyek végrehajtásához további vizsgálatokra és segédmennyiségek kidolgozására van szükség (pl: kezdeti alakhiba, sajátfeszültség-rendszer és anyagjellemzők).

A doktori kutatás keretében átfogó szakirodalmi áttekintést kell végezni a trapézlemez-gerincű tartók vonatkozásában, majd ezt követőan a lenti négy fő pontban tagolt, de összefüggő kísérleti és numerikus vizsgálatok végrehajtását szükséges elvégezni:

1. Acél trapézlemez önálló nyírási viselkedésének vizsgálata:
• Peremfeltételek hatásának numerikus vizsgálata a trapézlemez-gerinc nyírási horpadási módjához, horpadási teherbírásához és posztkritikus viselkedéshez.
• Anyagi szilárdság hatásának vizsgálata normál- és nagyszilárdságú acél esetében.
• Nyírási torzulás vizsgálata.
2. Normál szilárdságú acél tartó szabványos nyírási ellenállásának felülvizsgálata.
3. Hibrid tartó integrált nyírási viselkedésének vizsgálata:
• Nagyszilárdságú és vasbeton övlemezek hozzájárulásának vizsgálata a kezdeti merevségre, teherbírásra és posztkritikus viselkedésre.
• Változó keresztmeszet hatása.
4. Hibrid tartó integrált kölcsönhatásos viselkedésének vizsgálata:
• Nyírással egyidejű igénybevételek (hajlítás, csavarás és nyomás) hatása a nyírási viselkedésre és teherbírásra.

***

Since many years corrugated plates have been widely used structural elements in the civil engineering practice. In the last decade the application has been spread in the field of pure steel and composite buildings, and bridges in the form of trapezoidally corrugated web girders. The conservative international design practice follows the recommendations of the current international literature and standards that the full cross-section’s shear capacity can be considered by the shear resistance of the corrugated web. In the case of normal strength steel (NSS) structures the appropriateness of this assumption is verified, however the current standardized shear resistance model is inaccurate and validly gives unsafe results for thin corrugated webs. In addition, combining NSS with high strength steel (HSS) and/or using (prestressed) reinforced concrete flanges the number of researches in literature is limited and there is no existing design methods. This structural layout is called “hybrid” structure according to the terminology of the international literature.
The previous experimental and computational virtual model based investigations showed that the contribution of the flanges different from NSS is significant to the initial shear stiffness and shear capacity of the full cross-section, to the shear buckling mode of corrugated web and to the postcritical behavior. The aim of the topic is to understand the shear behavior and develop design methods for the determination of the integrated shear capacity of hybrid cross-section. The design methods shall include analytical model based hand calculations providing the current practice of designers and advanced FEM-based design procedures. For FEM-based design additional comprehensive investigations shall be carried out to develop new auxiliaries (e.g. initial artificial geometric imperfection, residual stresses and material properties).

In the frame of the research a comprehensive literature review shall be carried out regarding corrugated web girders, then experimental and numerical investigations shall be carried out throuht the below listed four main points:

1. Investigation of the individual shear behavior of corrugated plates
• Numerical investigation of the impact of boundary conditions on the shear buckling modes, shear capacity and postcritical behavior.
• Investigation of the impact of material quality considering NSS and HSS qualities.
• Investigation of the shear distortion effect.
2. Revision of the standardized shear resistance models for pure NSS girders.
3. Investigation of the integrated shear behavior of hybrid girders:
• Investigation of the contribution of HSS and reinforced concrete flanges to the initial shear stiffness, shear capacity and postcritical behavior.
• Impact of haunching on the shear behavior.
4. Investigation of the integrated interaction behavior of hybrid girders:
• Impact of various internal forces (bending, torsion and compression) on the shear behavior and capacity.