ΔΘΝΙΚΟ ΜΔΣΟΒΙΟ ΠΟΛΤΣΔΥΝΔΙΟ ΥΟΛΗ ΠΟΛΙΣΙΚΏΝ ΜΗΥΑΝΙΚΧΝ ΣΟΜΔΑ ΓΟΜΟΣΑΣΙΚΗ ΔΡΓΑΣΗΡΙΟ ΜΔΣΑΛΛΙΚΧΝ ΚΑΣΑΚΔΤΧΝ Γιπλυμαηική επγαζια: ΚΑΝΟΝΙΣΙΚΉ ΚΑΙ ΑΡΙΘΜΗΣΙΚΗ ΓΙΔΡΔΤΝΗΗ ΤΝΘΔΣΧΝ ΤΠΟΣΤΛΧΜΑΣΧΝ ΜΔ ΛΔΠΙΓΔ ΤΝΓΔΗΗ ΚΑΙ ΔΠΙΡΡΟΗ ΚΑΣΑΚΔΤΑΣΙΚΧΝ ΛΔΠΣΟΜΔΡΔΙΧΝ Σος θοιηηηη: Μισαήλ Αλκιβιάδη Σαπαζίος Δπιβλέπυν: Υάπηρ Ι.Γανηέρ, Αναπλ. Καθ. ΔΜΠ ςνεπιβλέπυν: Κυνζηανηίνορ Καλοσαιπέηηρ, Τποτήθιορ διδάκηυπ ΔΜΠ ΑΘΗΝΑ 2010
ΔΘΝΙΚΟ ΜΔΣΟΒΙΟ ΠΟΛΤΣΔΥΝΔΙΟ ΥΟΛΗ ΠΟΛΙΣΙΚΧΝ ΜΗΥΑΝΙΚΧΝ ΣΟΜΔΑ ΓΟΜΟΣΑΣΙΚΗ ΔΡΓΑΣΗΡΙΟ ΜΔΣΑΛΛΙΚΧΝ ΚΑΣΑΚΔΤΧΝ ΚΑΝΟΝΙΣΙΚΗ ΚΑΙ ΑΡΙΘΜΗΣΙΚΗ ΓΙΔΡΔΤΝΗΗ ΤΝΘΔΣΧΝ ΤΠΟΣΤΛΧΜΑΣΧΝ ΜΔ ΛΔΠΙΓΔ ΤΝΓΔΗ ΚΑΙ ΔΠΙΡΡΟΗ ΚΑΣΑΚΔΤΑΣΙΚΧΝ ΛΔΠΣΟΜΔΡΔΙΧΝ Γιπλυμαηική επγαζία ηος θοιηηηή: Μισαήλ Αλκιβιάδη Σαπαζίος Δπζαθέπςκ: Υάνδξ Ι. Γακηέξ, Ακαπθ. Καε. ΔΜΠ οκεπζαθέπςκ: Κςκζηακηίκμξ Καθμπαζνέηδξ, Τπμρήθζμξ δζδάηηςν ΔΜΠ ΠΔΡΙΛΗΦΗ Η ζοιπενζθμνά εκυξ ζφκεεημο οπμζηοθχιαημξ είκαζ δζαθμνεηζηή απυ αοηήκ εκυξ οπμζηοθχιαημξ ζοιπαβμφξ δζαημιήξ, ηονίςξ υηακ ηαθμφιαζηε κα οπμθμβίζμοιε ηδκ ακημπή ημο οπμζηοθχιαημξ έκακηζ θοβζζιμφ. Η πανμφζα δζπθςιαηζηή ενβαζία επζηεκηνχκεηαζ ζηδ ιεθέηδ ζφκεεηςκ οπμζηοθςιάηςκ ιε θεπίδεξ ζφκδεζδξ, ηαζ ζημ πχξ δζαθμνμπμζείηαζ δ ζοιπενζθμνά ημοξ έκακηζ οπμζηοθςιάηςκ ζοιπαβμφξ δζαημιήξ αθθά ηαζ ακάθμβα ιε ηαηαζηεοαζηζηέξ θεπημιένεζεξ ηαηά ηδ ιυνθςζδ ημοξ. ημ ηεθάθαζμ 1 βίκεηαζ ιζα εζζαβςβή ζηα ζφκεεηα οπμζηοθχιαηα, ζηζξ δζαθμνμπμζήζεζξ ζηδ ζοιπενζθμνά ημοξ απυ ηα ιέθδ ζοιπαβμφξ δζαημιήξ ηαζ ζηζξ ιεευδμοξ πμο πνδζζιμπμζμφκηαζ βζα ηδκ ακάθοζδ ηαζ ημ ζπεδζαζιυ ημοξ. ημ ηεθάθαζμ 2 δίκμκηαζ μζ ζπέζεζξ ημο Δονςηχδζηα 3 βζα ηδκ δζαζηαζζμθυβδζδ ζφκεεηςκ οπμζηοθςιάηςκ ιε θεπίδεξ ζφκδεζδξ οπυ εθίρδ, ηαζ πνμηείκμκηαζ εκαθθαηηζημί ηφπμζ βζα ημκ πνμζδζμνζζιυ ηδξ δζαηιδηζηήξ ημοξ δοζηαιρίαξ. Αηυια, βίκεηαζ επέηηαζδ ηςκ ζπέζεςκ ημο ηακμκζζιμφ (αθμφ μζ ζπέζεζξ ημο Δονςηχδζηα 3 ακαθένμκηαζ ιυκμ ζε αιθζανενςηά οπμζηοθχιαηα) βζα ηα ζηαηζηά ζοζηήιαηα ημο πνμαυθμο ηαζ ηδξ αιθζπάηημο δμημφ, δζαηδνχκηαξ ηδκ ίδζα θζθμζμθία ιε αοηήκ πμο αημθμοεείηαζ ζημ αιθζανενςηυ οπμζηφθςια. Σέθμξ, βίκεηαζ εεςνδηζηή επίθοζδ ζφκεεημο οπμζηοθχιαημξ ιε άηαιπηεξ πθάηεξ (πναηηζηά απαναιυνθςηεξ) ημπμεεηδιέκεξ ζηα άηνα ημο ηαζ δίκμκηαζ ζπέζεζξ βζα ημκ οπμθμβζζιυ ημο εθαζηζημφ ηνίζζιμο θμνηίμο θοβζζιμφ ηέημζςκ οπμζηοθςιάηςκ. ημ ηεθάθαζμ 3 βίκεηαζ έθεβπμξ ηδξ παναδμπήξ ημο ιδδεκζζιμφ ηςκ ηαιπηζηχκ νμπχκ ζηα ιέζα ηςκ θαηκςιάηςκ ηαζ ηςκ θεπίδςκ ζφκδεζδξ ηαηά ημ θοβζζιυ (ααζζηή παναδμπή βζα ημκ οπμθμβζζιυ ηδξ δζαηιδηζηήξ δοζηαιρίαξ). Αηυια ελεηάγεηαζ δ επζννμή ημο ζθάθιαημξ αοημφ ζημ εθαζηζηυ ηνίζζιμ θμνηίμ θοβζζιμφ ηαζ βίκμκηαζ παναιεηνζηέξ ακαθφζεζξ ιε πεπεναζιέκα ζημζπεία βζα ημκ έθεβπμ ηδξ αλζμπζζηίαξ ηςκ δζαθμνεηζηχκ ζπέζεςκ οπμθμβζζιμφ ηδξ δζαηιδηζηήξ δοζηαιρίαξ πμο πνμηάεδηακ ζημ ηεθάθαζμ 2.
ημ ηεθάθαζμ 4 πανμοζζάγμκηαζ απμηεθέζιαηα ακαθφζεςκ απυ θμνείξ μζ μπμίμζ ακαθφεδηακ ιε πνήζδ επζθακεζαηχκ πεπεναζιέκςκ ζημζπείςκ ηαζ ζημοξ μπμίμοξ έβζκε επίθοζδ ιε ιεευδμοξ πμο θαιαακμοκ οπυρδ ιδ βναιιζηυηδηα βεςιεηνίαξ αθθά ηαζ οθζημφ. ημ ηεθάθαζμ αοηυ ελεηάγμκηαζ δφμ δζαθμνεηζημί ηνυπμζ ζφκδεζδξ ηςκ θεπίδςκ ιε ηα πέθιαηα (ζφκδεζδ ζηα άηνα ηαζ πενζιεηνζηά) ηαεχξ ηαζ δ επζννμή ηδξ πνήζδξ αηναίςκ άηαιπηςκ πθαηχκ. Σα απμηεθέζιαηα ζοβηνίκμκηαζ ιε ηα εεςνδηζηά ζε επίπεδμ εθαζηζηχκ ηνίζζιςκ θμνηίςκ αθθά ηαζ ακημπχκ. Σέθμξ, ζημ ηεθάθαζμ 5 πανμοζζάγμκηαζ ζοβηεκηνςιέκα ηα ζοιπενάζιαηα πμο πνμέηορακ ζηα πνμδβμφιεκα ηεθάθαζα ηαζ βίκεηαζ ιζα πνμζπάεεζα δδιζμονβίαξ ιζαξ ζοκμθζηήξ εζηυκαξ βζα ηδ ζοιπενζθμνά αοηχκ ηςκ οπμζηοθςιάηςκ.
NATIONAL TECHNICAL UNIVERSITY OF ATHENS DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING DIVISION OF STRUCTURAL ENGINEERING LABORATORY OF STEEL STRUCTURES CODE-BASED AND NUMERICAL INVESTIGATION OF BATTENED BUILT-UP COLUMNS AND THE EFFECT OF CONSTRUCTION DETAILS Diploma thesis of student: Michail Alkiviadis Tarasiou Supervisor: Dr. Charis Gantes, Associate professor N.T.U.A Co-supervisor: Konstantinos Kalochairetis, Phd candidate N.T.U.A ABSTRACT The behavior of a built-up column is different from that of a rigid section column, especially when one has to calculate its buckling strength. This thesis focuses on the study of battened columns and on how their behavior differs from that of rigid-section columns, also depending on the construction details used. The 1 st chapter is an introduction on battened columns and the main differences in their behavior to that of rigid-section columns. Also general methods for the analysis and design of such columns are presented. Ιn the 2 nd chapter the specifications of Eurocode 3 for the design of battened columns under compression are presented and alternative equations for calculating their shear stiffness are proposed. Also a way to expand the use of the specifications of Eurocode 3 (since it only refers to simply supported columns) to take account for cantilever and fixed beams, following the same principles as Eurocode 3, is proposed. Finally a method is presented for calculating the buckling strength of battened columns with stay plates. In chapter 3 the assumption of zero bending moments at the mid sections of panels between battens and of the battens themselves is checked (basic assumption for calculating the shear stiffness). The influence of the initial error of the shear stiffness on the elastic critical buckling load is examined and several parametric finite element analyses are conducted to check the reliability of the alternative equations for the calculation of the shear stiffness that were presented in chapter 2. Ιn chapter 4 the results from finite element analyses are presented. The columns are analyzed using shell elements and taking into account geometrical and material nonlinearities. In this chapter two different ways of connecting the web to the chords are examined (connection
only at the web ends or peripheral connection), as well as the effect of using stay plates. The results are compared to what is calculated theoretically. Finally, chapter 5 summarizes the conclusions of previous chapters in an attempt to create a general picture of the behavior of battened columns.