Geometrische Ersatzimperfektionen für den Biegedrillknicknachweis von doppeltsymmetrischen I-Profilen

In dieser Arbeit werden das Tragverhalten und die Tragfähigkeit von stabilitätsgefährdeten Bauteilen mit doppeltsymmetrischen I-Querschnitten untersucht. Es werden mehrere Bemessungskonzepte für den Stabilitätsnachweis Biegedrillknicken unter Berücksichtigung von geometrischen Ersatzimperfektionen und Schnittgrößen nach Theorie II. Ordnung entwickelt. Anhand von numerischen Simulationen zahlreicher physikalischer Traglastversuche mit Hilfe der geometrisch und materiell nichtlinearen Berechnung unter Berücksichtigung von geometrischen Imperfektionen und Eigenspannungen werden das nichtlineare Tragverhalten und darauf einflussnehmende Faktoren eingehend analysiert. Besonderer Fokus wird auf den Traglasteinfluss von Imperfektionen gelegt, die jedes reale Bauteil aufweist und in einem idealisierten FE-Modell durch repräsentative Imperfektionsannahmen abgebildet werden. Auf Grundlage von numerisch erzielten Traglasten werden erforderliche geometrische Ersatzimperfektionen abgeleitet. Durch umfangreiche Parameterstudien werden die wesentlichen Zusammenhänge zwischen den erforderlichen Ersatzimperfektionsgrößen und verschiedenen Parametern, wie z.B. die Querschnittsgeometrie, die Bauteilschlankheit, die Beanspruchungsart, Stahlsorte, die Imperfektionsform und die beim Querschnittsnachweis angewendete Interaktionsbeziehung identifiziert. Basierend darauf wurden Bemessungskonzepte für zwei unterschiedliche Imperfektionsformen entwickelt, die mit den Regelungen des Eurocode 3-1-1 konform sind.

This thesis deals with the structural behavior and resistance of slender members with double-symmetric I-sections. For the verification of the lateral-torsional buckling stability, design concepts are developed, using a geometrically non-linear analysis with equivalent geometric imperfections. The nonlinear structural behavior and relevant influencing factors are analysed based on FE-simulations of numerous physical tests using geometric and material nonlinear analysis with geometric imperfections and residual stresses. The influence on the ultimate load due to imperfections, which are present in each real structural member is described and investigated in detail. Nonlinear numerically determined ultimate loads are used for deriving required geometric equivalent imperfections. Based on extensive parameter studies, the essential relationships between the required equivalent imperfection sizes and various parameters, such as the cross-sectional geometry, the member slenderness, the load type, the steel grade, the imperfection shape and the interaction formula for determining the cross-sectional resistance, are identified. On this basis, design approaches are developed considering two different imperfection shapes that are conform with the regulations of Eurocode 3-1-1.