doctoral dissertation
Sara Piculin (Author), Primož Može (Mentor)

Abstract

The objective of this work is to investigate the stability behaviour of longitudinally stiffened, transversally curved steel plates under compressive stresses and to propose design guidelines that extend the scope of the current European standards for plated structures. The behaviour of stiffened curved plates is a complex problem, especially due to the interaction of curvature, relative stiffness of the stiffeners and initial imperfections. The experimental and finite element investigations presented in this thesis aim to explain the behaviour of such structures and to demonstrate the advantages that can be obtained from bridge decks with curved panels. Nine large-scale experimental tests were performed on longitudinally and transversally stiffened plates made of high strength steel, namely S500 and S700. They were subjected to compressive stresses up to collapse. The nine specimens consisted of flat and curved plates, which differed in the material grade and the geometric parameters, such as plate thickness, aspect ratio, size and shape of the stiffeners. The effects of various parameters on the resistance of the plate to pure compression are discussed. In addition, a numerical model based on the test panel geometry, the measured initial geometric imperfections and elasto-plastic material characteristics is presented. It is verified against the test results with regard to initial stiffness, ultimate resistance and failure mode and it demonstrates very good agreement. The numerical model is further used in an extensive parametric study to investigate the effects of curvature, plate slenderness, size and shape of the stiffeners on the ultimate resistance of the stiffened curved plates. From the results, some important conclusions are drawn regarding structural behaviour and the positive effects of curvature on cross-sectional resistance. A study on the influence of geometric imperfections on the ultimate load-carrying capacity is presented, which is based on the modification of node coordinates by means of sine-shape functions. Finally, design rules are proposed for longitudinally stiffened curved plates that are subjected to compressive stresses. The rules correspond to the formalism of EN 1993-1-5 for flat plated structures. The maximum loads obtained from experimental and numerical tests are compared with the new design rules and a good correlation is achieved.

Keywords

built environment;civil engineering;doctoral thesis;steel box-girder;curved plated structures;experimental tests;numerical simulations;imperfections;

Data

Language: English
Year of publishing:
Typology: 2.08 - Doctoral Dissertation
Organization: UL FGG - Faculty of Civil and Geodetic Engineering
Publisher: S. Piculin]
UDC: 624.072.2:624.014.2:624.21(043)
COBISS: 15335427 Link will open in a new window
Views: 1194
Downloads: 1326
Average score: 0 (0 votes)
Metadata: JSON JSON-RDF JSON-LD TURTLE N-TRIPLES XML RDFA MICRODATA DC-XML DC-RDF RDF

Other data

Secondary language: Slovenian
Secondary title: Stabilnost ojačanih ukrivljenih pločevin v nosilcih mostov
Secondary abstract: Namen doktorske disertacije je raziskati obnašanje vzdolžno ojačanih, prečno ukrivljenih jeklenih pločevin, izpostavljenih tlačnim napetostim ter predlagati smernice za projektiranje, ki bi razširile obseg veljavnih evropskih predpisov za pločevinaste konstrukcije. Obnašanje vzdolžno ojačanih ukrivljenih pločevin je kompleksen problem zlasti zaradi interakcije ukrivljenosti, relativne togosti ojačitev in začetnih nepopolnosti. Cilj eksperimentalnih in numeričnih testov, ki so predstavljeni v tej disertaciji, je razložiti obnašanje tovrstnih konstrukcij in prikazati prednosti ukrivljenih pločevin v škatlastih nosilcih. V ta namen je bilo izvedenih devet tlačnih preizkusov na vzdolžno in prečno ojačanih pločevinah iz jekla visoke trdnosti, in sicer S500 in S700. Izmed devetih vzorcev sta bila dva sestavljena iz ravnih osnovnih pločevin, ostalih sedem pa iz ukrivljenih. Poleg tega so se vzorci razlikovali tudi po kvaliteti materiala in geometrijskih parametrih, kot so debelina plošče, razmerje stranic panela, velikost in oblika ojačitev. Na podlagi eksperimentalnih rezultatov so podane ugotovitve glede vpliva različnih parametrov na tlačno nosilnost ukrivljenih pločevin. V nadaljevanju je predstavljen numerični model, ki temelji na geometriji eksperimentalnih vzorcev, izmerjenih začetnih geometrijskih nepopolnostih in izmerjenih elastoplastičnih materialnih karakteristikah. Ustreznost numeričnega modela je potrjena z eksperimentalnimi rezultati. Na podlagi primerjave začetnih togosti, mejnih nosilnosti in oblik porušitve je doseženo zelo dobro ujemanje. Verificiran in poenostavljen numerični model je nato uporabljen v obsežni parametrični študiji za podrobno analizo različnih parametrov, kot so ukrivljenost, vitkost pločevine, velikosti in oblika ojačitev ter njihovih vplivov na končno nosilnost ojačanih ukrivljenih pločevin. Izpostavljeni so pozitivni vplivi ukrivljenosti na nosilnost prečnih prerezov. Predstavljena je študija vpliva geometrijskih nepopolnosti na mejno nosilnost pločevin, ki temelji na spremembi koordinat vozlišč končnih elementov na podlagi sinusnih funkcij. Nazadnje so predlagana nova pravila za dimenzioniranje vzdolžno ojačanih, ukrivljenih pločevin, ki so izpostavljene tlačnim napetostim. Pravila ustrezajo formalizmu obstoječih evropskih predpisov za pločevinaste konstrukcije. Mejne obremenitve, dobljene z eksperimentalnimi in numeričnimi preizkusi, so primerjane z novimi pravili za dimenzioniranje in doseženo je dobro ujemanje.
Secondary keywords: grajeno okolje;gradbeništvo;disertacije;jekleni škatlasti nosilci;ukrivljene pločevine;eksperimentalni testi;numerične simulacije;nepopolnosti;
Type (COBISS): Doctoral dissertation
Thesis comment: Univ. v Ljubljani, Fak. za gradbeništvo in geodezijo
Pages: XVIII, 170 str., 10 str. pril.
ID: 11677024