Lateral torsional buckling of steel trusses : A study of required lateral and torsional restraint of top and bottomchord and resulting moment in the diagonals

Horisontella laster som uppstår från till exempel vindlast, snedställning och initialkrokighet kan ge upphov till vippning och måste därför hanteras. En vanlig metod som tillämpas för att hantera vippning är stagning, men för att kunna staga ett konstruktionselement är det viktigt att ha kännedom om hur elementet beter sig under vippning. Denna studie har behandlat stagningens betydelse för fackverk som utsatts för initialkrokighet. Med hjälp av ett FEM-program har krokiga modeller ritats upp och analyserats i syfte att ge en djupare förståelse för hur stagning av fackverk är betydande. För modellerna har flera olika typer av tvärsnittshöjder, upplagsförhållanden (fritt respektive kontinuerligt upplag) och randvillkor för diagonalerna prövats. Fackverk är ett konstruktionselement som i många avseenden verkar likt en balk, men hur det beter sig under vippning är ett hittills inte fullt utrett område. Vid en jämförelse mellan fackverksmodell och en anpassad balkmodell med samma förutsättningar påvisades att skillnaden mellan konstruktionselementen låg i underramens upplag. Studien har visat hur fackverkets överram kan stagas av ett takfackverk i horisontalplanet, men för att fackverket ska kunna uppnå global stabilitet är det kritiskt att underramen stagas via överramen från ovanliggande åsar. Detta realiseras först då diagonalerna kan tillgodogöra sig vridinspänningen från åsarna, vilket innebär att en fast inspänning mellan diagonaler och överram måste utformas på ett tekniskt korrekt sätt. Resultaten har påvisat att ett allmänt förhållande mellan stagkraft och axialkraft existerar, och att detta har kunnat jämföras mot rekommendationen från Eurokoderna EC3. Resultaten har också visat att en rekommendation för förhållande mellan lokala moment i knutpunkter och axialkraft kan ges, vilket är av betydelse vid knutpunktsutformning.Horizontal loads caused by, for example, wind loads, initial sway imperfections and initial bow imperfections, can result in lateral torsional buckling and must therefore be managed. A common method used to handle lateral torsional buckling is lateral and torsional restraints, but in order to restrain a constructional element it’s important to have knowledge of how the element behaves during lateral torsional buckling. In this study the importance of the restrain for truss elements affected by initial bow imperfections has been considered. The truss element is a constructional element that in many ways acts like a beam, but how it behaves during lateral torsional buckling is a non-fully investigated area. With the help of a FEM-software initial bow imperfect models have therefore been drawn up and analysed to provide deeper understanding for how and when lateral and torsional restraints are of importance. The models have been trialled with different section heights, support conditions (simply and continuously supported) and boundary conditions for the diagonals. When comparing a truss model to a beam model with the same conditions, it was demonstrated how the difference between the elements were due to the support conditions of the lower chord. The study has demonstrated how the upper chord of the truss element can be restrained by a horizontal truss construction, but for the truss element to reach global stability it’s critical that the lower chord is restrained via the upper chord by overlying ridges. This cannot be realised until the diagonals can utilize the torsional connection from the ridges, which means that a fixed connection between diagonals and upper chord of truss element must be executed in a technically correct manner. The results have shown that a general relationship between restraint force and axial force exists, and that it can be compared with the recommendation from the Eurocode EC3. The results have also shown that a recommendation for the relationship between local moment appearing in the truss connections and axial force can be provided, which is helpful to the design process of the connections