Web stiffeners in IPE-section

Stålbjelker som blir påført punktlaster, for eksempel ved knutepunkt i fagverk, er ofte utsatt for brudd i steget. I stedet for å øke tverrsnittet, er den mest økonomiske løsningen å sveise inn tverrstivere mellom flensene. Hensikten med stivere er å føre kreftene fra flensene inn i steget og forhindre knekking av tverrsnittsdelene. Ove Lagerqvist ved Luleå Tekniska Universitet har utarbeidet en beregningsmetode for punktlaster på platerand, som er grunnlaget for reglene i Eurokode 3: NS-EN 1993-1-5. Metoden betrakter en platestripe på stålbjelkens flens, og forutsetter at vertikalspenningen i steget under lasten er jevnt fordelt over denne lengden. Forskning på området viser imidlertid at denne metoden ikke er tilstrekkelig, og gir veldig konservative kapasiteter. I denne oppgaven er beregningsmetodene undersøkt gjennom beregningseksempler, FEM-analyser og praktiske forsøk på en IPE80 med innsveisede tverrstivere. Beregningseksemplene viser at NS-EN 1993-1-5 gir mye lavere kapasiteter enn de andre metodene. I tillegg er det innført nye regler i forhold til NS3472, som gir en dramatisk reduksjon i kapasiteten når stiveravstanden blir redusert forbi et viss punkt. Det er ikke funnet noen forklaring på hva som er årsaken til at de nye reglene er innført. FEM-analysene er utført i SolidWorks Simulation med skall- og volumelement. Analysene bekrefter resultatene fra beregningseksemplene. I tillegg viser de at det er ingen grunn til at små stiveravstander skal gi så dramatisk reduksjon av kapasitet som NS-EN 1993-1-5 skulle tilsi. De praktiske forsøkene er utført i ved Institutt for Matematiske Realfag og Teknologi, UMB. Små bjelkebiter med vertikalstivere har blitt utsatt for en vertikal last helt til brudd har oppstått. Kapasitetene fra forsøkene var mye større enn resultatene fra beregningene og FEM-analysene, men det er knyttet noe usikkerhet til stålkvaliteten som er gitt av leverandør. Forholdet mellom de forskjellige forsøkene er imidlertid den samme. Det er ingenting som skulle tilsi at små stiveravstander gir redusert kapasitet. Konklusjonen fra undersøkelsene i denne oppgaven er at beregningsmetoden fra NS-EN-1993-1-5 er alt for konservativ. Det skal være utarbeidet nye og forbedrede beregningsmetoder for punktlast på platerand, som sannsynligvis kommer til å bli implementert i neste utgave av standarden. Steelbeams applied with point loads, such as truss junctions, is often vulnerable to web buckling. Instead of increasing the cross section, the most economical solution will be to weld stiffeners in between the flanges. The purpose of stiffeners is to lead the forces into the web and prevent buckling of the section parts. Ove Lagerqvist at the Luleå Tetechnical University has developed a method to calculate the resistance to transverse forces, which is the basis for the rules in Eurocode 3: NS-EN 1993-1-5. The method considers a plating strip on the beam's flange, and assumes that the vertical tension in the web under the load is evenly distributed over this length. A literature review shows that this method is not sufficient, and that it gives very conservative capacities. In this thesis the methods is examined through calculations, FEM-analyses and practical experiments on an IPE80 with transverse stiffeners. The calculations shows that NS-EN 1993-1-5 gives a much lower capacity than the other methods. In addition it introduced new rules in relation to NS3472, that gives a dramatically reduction of the capacity when the distance between the stiffeners is reduced beyond a certain point. There haven’t been found any explanation to why the new rules have been introduced. The FEM-analyses have been carried out in SolidWorks Simulations with shell- and volume elements. The analyses confirms the calculation results. In addition, they show that there is no reason why small distances between the stiffeners would give so dramatic reduction in capacity that the NS-EN 1993-1-5 would suggest. The practical experiments are carried out at the Department of Mathematical Sciences and Technology, UMB. Small beams with vertical stiffeners have been exposed to a vertical load until fracture occurred. The capacities from the experiments were much higher than the results from the calculations and FEM-analyses, but there are some uncertainty associated with the quality of the steel given by the supplier. However, the relation between the different experiments is the same. Nothing would indicate that small distances between the stiffeners should give a reduced capacity. The conclusion from the experiments in this thesis is that the methods from NS-EN-1993-1-5 is too conservative. There will be made new and improved methods for calculating resistance to transverse forces, which probably is going to be implemented in the next edition of the standard