Wetenschappelijke inzichten evolueren met de tijd en het onderwerp van de ontwerpweerstand van stalen doorsnedes van klasse 3 vormt daarop geen uitzondering. In Eurocode 3 "Design of steel structures", wordt ervan uitgegaan dat ze niet meer dan een elastisch weerstandsniveau overdragen, ook al erkennen we vandaag dat een inwendige plastische herverdeling hun capaciteit om krachten te weerstaan, soms aanzienlijk kan verhogen. Tijd voor een update in de tweede generatie Eurocodes!
SEMI-COMP- & SEMI-COMP+-onderzoeksprojecten
Het resultaat van twee onderzoeksprojecten, gefinancierd door het Europees Fonds voor onderzoek inzake kolen en staal (Research Fund for Coal and Steel, RFCS), heeft een meer economische ontwerpmethode voor stalen doorsnedes van klasse 3 opgeleverd:
- SEMI-COMP “Plastic member capacity of semi-compact steel sections – a more economic design” (RFSR-CT-2004-00044)
- SEMI-COMP+ “Valorisation action of plastic member capacity of semi-compact steel sections – a more economic design” (RFS2-CT-2010-00023)
Vóór de bevindingen in beide onderzoeksprojecten konden klasse 3-dwarsdoorsneden alleen vertrouwen op hun elastische weerstandseigenschappen. De nieuw voorgestelde aanpak laat tot op zekere hoogte plastische weerstandseigenschappen toe - een soort elasto-plastische weerstandscapaciteit die hoger is dan louter te vertrouwen op elastische eigenschappen. De conclusie? Het stalen materiaal kan op een meer economische manier worden gebruikt. Een win-win situatie.
Het eerste onderzoeksproject werd in 2008 afgerond na drie jaar onderzoek. Het resultaat was een berekeningsmodel dat volledig in overeenstemming is met de Eurocode 3 principes en tegelijkertijd een verhoging van de ontwerpweerstand van klasse 3 profielen mogelijk maakt. Dit werd gevalideerd aan de hand van numerieke en experimentele tests.
Het tweede onderzoeksproject was bedoeld om de nieuw ontwikkelde ontwerpprocedure onder professionals te verspreiden door middel van ontwerprichtlijnen, specifieke software genaamd "Semi-Comp Design" en seminaries. Meer informatie over deze richtlijnen is te vinden op de volgende website: www.tugraz.at/en
Opname van de bevindingen van SEMI-COMP+ in de volgende generatie van EN 1993-1-1
Het ontwerp van semi-compacte doorsnedes zal worden opgenomen in de volgende generatie van EN 1993-1-1 en het ondersteunt dezelfde aanpak als wordt voorgesteld via de bevindingen van SEMI-COMP+. In het definitieve ontwerp is het opgenomen onder bijlage B. Het ontwerp van semi-compacte profielen in de ontwerpversie van de volgende generatie van EN 1993-1-1 ondersteunt de volgende profieltypen:
- I- of H-profielen (gewalst of gelast)
- RHS- of dubbelsymmetrisch gelaste kokerprofielen
- Ronde of ellipsvormige holle profielen
SEMI-COMP+ ontwerpbenadering
Zoals eerder aangegeven, geeft deze benadering elasto-plastische ontwerpweerstanden voor profielen van klasse 3. Het kan worden geïnterpreteerd als een lineaire interpolatie tussen de plastische en elastische weerstanden die hieronder wordt geïllustreerd door de stippellijnen:
Als de stippellijn in de huidige aanpak wordt weggelaten, heeft een klasse 3 een enorme daling van de buigweerstand voor klasse 3-profielen omdat deze abrupt overgaat van plastische naar elastische weerstanden. Dankzij de stippellijn (elasto-plastisch) worden grotere weerstanden voor klasse 3-profielen verkregen vanwege de lineaire overgang tussen het plastische en het elastische domein.
I- of H-profielen
Tabel 13 van de SEMI-COMP+ publicatie biedt een eenvoudige methode om de elasto-plastische ontwerpwaarden voor klasse 3 I- of H-profielen te bepalen:
RHS-profielen
Tabel 14 van de SEMI-COMP+ publicatie biedt een eenvoudige methode voor het bepalen van de elasto-plastische ontwerpwaarden voor RHS-profielen van klasse 3:
Gewijzigde classificatiegrenzen
Uit het SEMI-COMP+ onderzoeksproject is gebleken dat de classificatiegrenzen in de huidige EN 1993-1-1 niet voldoen aan het gespecificeerde veiligheidsniveau volgens ESDEP (European Steel Design Program). De wijzigingen worden gebruikt in SCIA Engineer zoals gespecificeerd in: help.scia.net/webhelplatest/
De wijziging wordt vermeld in tabel 8 van de SEMI-COMP+-publicatie, zoals hieronder te zien is:
Implementatie in SCIA Engineer
SCIA Engineer implementeert de economischere ontwerpmethode volgens SEMI-COMP+ al sinds versie 17. Deze methode is standaard geactiveerd en biedt dus de meest economische oplossing. Deze optie bevindt zich in de staalinstellingen, waar ze kan worden geactiveerd of gedeactiveerd:
Wanneer het geactiveerd is en de doorsnede geclassificeerd is als klasse 3 en als een type I-/H-profiel of RHS-profiel, wordt de SEMI-COMP+ benadering gebruikt zoals in onderstaand voorbeeld met een HE300AA profiel:
De geïnterpoleerde doorsnedemoduli W3,y en W3,z zijn geïnterpoleerde waarden tussen de elastische en plastische doorsnedemodulus. De c/tref-waarden geven aan bij welke kant de geïnterpoleerde waarden dichter liggen. Een c/tref-waarde dichter bij 0 betekent dat de geïnterpoleerde doorsnedemodulus dichter bij de plastische doorsnedemodulus ligt, terwijl een c/tref-waarde dichter bij 1 betekent dat de geïnterpoleerde doorsnedemodulus dichter bij de elastische doorsnedemodulus ligt.
Meer informatie over de implementatie in SCIA Engineer kan hier gevonden worden: help.scia.net/webhelplatest/
Bronnen:
- Valorisatieproject Semi-Comp+, nr. RFS2-CT-2010-00023, achtergrondinformatie, 22 maart 2012.
- prEN 1993-1-1:2020 (bijlage B).
