Effect of the torsional stiffness of closed‐section stiffeners on plate buckling in Eurocode 3, Part 1‐5

Abstract

Longitudinally stiffened plates are commonly used to increase the resistance to plate buckling. Closed cross‐section stiffeners provide high values of the torsional stiffness and thus are very efficient to avoid their premature lateral torsional buckling. With the current software tools, it is easy to assess the critical stress for the elastic global mode, taking into account the beneficial effect of these high values of torsional stiffness for stiffeners with closed cross‐sections. However, the torsional stiffness of longitudinal stiffeners is not considered in the analytical formula proposed by Annex A of EN 1993‐1‐5 for the assessment of the global buckling critical stress. A study is presented here where the effect of the torsional stiffness of longitudinal stiffeners on the plate buckling criterion of EN 1993‐1‐5 has been analysed. 216 configurations of stiffened plates were calculated through finite element GMNIA non linear analyses. Their compressive strength thus obtained were compared to their resistance to plate buckling as predicted by EN 1993‐1‐5, either by considering their torsional stiffness with EBPlate software or by completely ignoring it. The study clearly shows that EN 1993‐1‐5 leads to unsafe results when the torsional stiffness is taken into account in the calculations. Finally, it is concluded that the torsional stiffness of longitudinal stiffeners has to be ignored in the design of stiffened plates according to EN 1993‐1‐5.

Über den Einfluss der Torsionssteifigkeit von Längssteifen bei Beulfeldern unter biaxialen Druckspannungen

“…Martin und Nguyen vergleichen in einer Parameterstudie numerisch ermittelte Traglasten mehrfach längsversteifter, einachsig gedrückter Beulfelder mit den Tragfähigkeiten nach DIN EN 1993‐1‐5 , wobei hierzu die kritische Beulspannung einmal mit der Software EBPlate ermittelt wird, die die Torsionssteifigkeit berücksichtigt, und einmal nach Anhang A der Norm, der sie vernachlässigt. Die numerischen Berechnungen erfolgen geometrisch und materiell nichtlinear unter Ansatz von Imperfektionen (GMNIA).…”

“…Dazu wird für jede geschlossene Steife auch noch eine Ersatzsteife untersucht, deren Flansch aufgetrennt wird, sodass fiktiv zwei offene Steifenquerschnitte mit vernachlässigbarer Torsionssteifigkeit entstehen bei nahezu unveränderter Biegesteifigkeit. Die Untersuchungen weisen nach, dass unter Berücksichtigung der Torsionssteifigkeit das Nachweisverfahren nach DIN EN 1993‐1‐5 häufig deutlich auf der unsicheren Seite liegt, während bei Vernachlässigung derselben zutreffende oder konservative Tragfähigkeiten gegenüber denen aus der GMNIA ermittelt werden.…”

“… schlagen daher vor, die Torsionssteifigkeit von Steifen bei der Berechnung der kritischen Beulspannung σ cr,p generell zu vernachlässigen. Dies wurde im November 2018 zunächst in den deutschen NA aufgenommen und ist seit Oktober 2019 auch Teil der DIN EN 1993‐1‐5 .…”

“…Da sich sowohl die Untersuchungen von Martin, Nguyen und Davaine als auch von Kövesdi nur auf Längsbeanspruchungen beziehen, wird in diesem Aufsatz eine weitere Alternative untersucht. Sollte tatsächlich die Interpolationsfunktion der Längsrichtung verantwortlich für die unsicheren Ergebnisse sein, wäre es denkbar, die Torsionssteifigkeit auch nur in der kritischen Beulspannung der Längsrichtung σ cr,p,x zu vernachlässigen.…”

“…infrage gestellt, inwiefern der kürzlich eingeführte V‐Faktor im Interaktionsnachweis der Methode der reduzierten Spannungen das Tragverhalten längsausgesteifter Beulfelder unter mehrachsigem Druck abbilden kann, da er an unversteiften Platten untersucht wurde . Des Weiteren zeigen Untersuchungen von Martin, Nguyen und Davaine , dass das Nachweisformat für längsausgesteifte Beulfelder unter Berücksichtigung der Torsionssteifigkeit geschlossener Steifen bei der Bestimmung der kritischen Beulspannung bereits unter reinem Längsdruck zu unsicheren Ergebnissen führt, sodass die Torsionssteifigkeit seit November 2018 gemäß DIN EN 1993‐1‐5/NA in Deutschland zu vernachlässigen ist. Ebenfalls unter konstantem Längsdruck stellt Kövesdi unzutreffende Ergebnisse bei der normativen Interpolation zwischen knickstabähnlichem und plattenartigem Verhalten fest, wenn Beulspannungen numerisch ermittelt werden.…”