Interakce tlaku s ohybem prutů z korozivdorných ocelí

Abstract

Pruty namáhané kombinací tlaku a ohybu jsou jedním z nejčastěji používaných konstrukčních prvků. Chování takovýchto prutů vyrobených z uhlíkové oceli bylo již dříve zkoumáno a na základě získaných dat byly odvozeny návrhové postupy. V případě užití korozivzdorné oceli, v důsledku výrazně odlišných materiálových vlastností obou druhů oceli, však tyto návrhové postupy neplatí. V posledních letech byla provedena řada experimentů a numerických studií poskytujících podklady, ze kterých následně byly odvozeny řady vztahů vystihující chování prutů z korozivzdorné oceli namáhaných kombinací tlaku a ohybu. Bohužel každý z nově odvozených vztahů vykazoval určité nepřesnosti, z tohoto důvodu se tato práce zabývá právě problematikou prutů z korozivzdorné oceli zatížených kombinací tlaku a ohybu se zaměřením na uzavřené čtvercové a obdélníkové průřezy, které jsou pravděpodobně nejpoužívanějšími profily pro nosné konstrukce z korozivzdorné oceli. Zde uvedený výzkum zahrnuje experimentální studii čítající celkem 20 zhotovených experimentů sestávajících se z prutů o čtvercových a obdélníkových průřezech ze dvou tříd austenitické oceli, jmenovitě třídy 1.4301 a 1.4404. Kvůli získání většího množství dat byl vytvořen numerický model v softwaru Abaqus, který byl validován na základě dat získaných ze zhotovených experimentů, na jehož základě byla zhotovena rozsáhlá numerická parametrická studie, poskytující dostatečné množství dat k následné analytické části práce. Primárním cílem práce bylo stanovit zjednodušený analytický vztah pro návrh prutů z korozivzdorné oceli o čtvercovém a obdélníkovém průřezu zatížených kombinací tlaku a ohybu. K tomu byla využita data získaná z numerické parametrické studie. Závěry této práce mohou pomoci k rozšíření znalostí o zmíněné problematice a přispět k nejnovější normě pro korozivzdornou ocel.

Members loaded by the combination of compression and bending are very common structural elements. Behaviour of the carbon steel beam-columns was investigated in the past and based on the obtained data design procedures were derived. In the case of stainless steel beam-columns, the design procedures for carbon steel are not suitable due to significant material behaviour differences of both kinds of steel. In the last years many experimental and numerical studies were carried out to provide data from which some new approach describing stainless steel beam-column behaviour were derived. Unfortunately, each of the derived approaches exhibited some inaccuracies or limitations. Therefore, this thesis investigates the issue of stainless steel beam-columns with focus on the square and rectangular hollow cross-sections which are probably the most widely used cross-sections for stainless steel load-bearing structures. Presented research includes experimental study consisting of 20 conducted experiments of both square and rectangular hollow section members of two austenitic stainless steel grades, namely 1.4301 and 1.4404. In order to obtain greater amount of data, a numerical model was created in software Abaqus and validated on the experiments. It was used for a comprehensive numerical parametric study providing sufficient amount of data for an analytical part of the research. The aim of the research was to derive analytical approach for the stainless steel square and rectangular hollow section beam-column design. Data obtained from the numerical parametric study were used for this purpose. The conclusions of this research can broaden the knowledge of the investigated issue and contribute to the recent stainless steel design code.