Nonlinear analysis and design of steel frames and trusses

Sauva- ja kehärakenteiden analysointi ja mitoitus stabiliteetti-ilmiöiden suhteen johtaa usein monimutkaisiin ja pitkiin laskelmiin. Mutkikkaitten laskelmien syynä on perinteiseen nurjahduspituusanalogiaan perustuva mitoitusmenetelmä, joka kehittyneistä numeerisista analysointimenetelmistä huolimatta on edelleenkin hallitseva menetelmä kehärakenteiden mitoituksessa, vaikka nurjahduspituusanalogian avulla esimerkiksi rakenteen kokonaisvakavuuden selvittäminen on useissa tapauksissa erittäin vaikeaa. Epälineaarisen analyysin soveltaminen rakenteden analyysiin on ollut vähäistä, vaikka useimpien ohjelmistojen puolesta se olisi mahdollista. Eräänä syynä on aihepiiriä käsittelevien suomenkielisten julkaisujen puute. Tämä julkaisu pyrkii omalta osaltaan paikkaamaan puutetta. Painopisteenä on rakenteen ja sen osien stabiiliusilmiöt ja niiden analysointi. Lisäksi selvitetään epälineaarisen elementtimenetelmäanalyysin sovellusmahdollisuuksia kehä- ja sauvarakenteiden mitoituksessa ja analyysissä. Aluksi esitellään tasapainotilan stabiiliuteen ja epälineaarisuuteen liittyviä käsitteitä ja ilmiöitä, kuten symmetrinen ja epäsymmetrinen haarautuminen, läpilyönti, ominaismuotojen yhteisvaikutus ja rakenteiden häiriöherkkyys. Tutkimuksessa käydään läpi kehärakenteiden epälineaarisen mitoituksen periaate uuden eurooppalaisen mitoitusohjeen Eurocode 3, part 1.1 mukaan sekä tarkastellaan sen soveltuvuutta kehärakenteiden mitoitukseen Tutkimuksessa esitetään alustava menetelmä tyypillisten kehärakenteiden mitoittamiseksi epälineaarisen analyysin avulla. Menetelmä soveltuu rakenteiden kimmoiseen ja plastiseen mitoitukseen. Menetelmä perustuu lineaarisen stabiiliusanalyysin mukaisten ominaismuotojen käyttämiseen kehän geometrisena alkuvirheenä. Analyysin päävaiheet esitetään "vuokaaviona". Lopuksi verrataan menetelmällä saatuja tuloksia kokeellisesti varmennettuihin tuloksiin. Lisäksi annetaan peukalosääntöjä rakenteen mallintamisesta, epälineaarisen analyysin suorittamisesta, ajon aikaisista virheilmoituksista ja varoituksia piilevistä sudenkuopista