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Design of composite columns in steel and concrete – update prEN 1994‐1‐1 The design of composite columns follows the rules in accordance to EN 1994‐1‐1 providing simplified design methods and the general method. Whereby the general method requires an advanced comprehensive FE‐Analysis. However, the recent Eurocode 4 does not provide sufficient guidance for the application of the general method and there is not a harmony in the literature on how to conduct it. This often leads to uncertainty among users and discussions on the validation and assessment of the analysis results. Actually, the draft of the second generation of Eurocode 4 (prEN 1994‐1‐1) is available, including more guidance but also introduces additional safety parameters and extends the application scope in regard to the martial strengths. This paper points out the procedure for the design of composite column with focus on the general method and changes provided by the draft of prEN 1994‐1‐1:2021. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Consistent approach for flexural and lateral torsional buckling as basis for a general buckling curve for EC3-1-1, 6.3.4. Within the general method of chapter 6.3.4 of EN 1993-1-1, for the general case of lateral torsional buckling (i. e. LTB with combined moment and normal force), the buckling curves of the special cases of lateral torsional buckling (i. e. LTB only with moment or FB with normal force only) are to be used. This, with regard to slenderness and imperfections, produces inconsistencies leading to conflicts with the intended generality and finally to incorrect results. For the individually combined effect of the in-plane actions My and N are causal for the out-of-plane instability. Thus the amplification factors αcr and αult, the related slenderness λ and the imperfections to be assumed in the eigenmode are depending on the ratio of My and N. Having this in mind a general formulation of a buckling curve for LTB with combined moment and normal force can be achieved being consistent with those of the special cases. Thereby the insufficient rule for the choice of buckling curve of 6.3.4 can be replaced. In the following paper it is therefore shown, based on the Ayrton-Perry-format, how the imperfection values for flexural buckling acc. to EC3 can be transferred to lateral torsional buckling. The derivations are accompanied by comparative FE-calculations. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Im Zuge der Einführung der Eurocodes wurden einige der bis dahin üblichen Nachweisverfahren der ÖNORMEN bzw. DIN-Normen durch neue Nachweisverfahren ersetzt bzw. ergänzt. Dies war auch beim Nachweisverfahren gegen Biegedrillknicken der Fall. In der Norm EN 1993-1-1, Abschnitt 6.3.4 findet sich das 'Allgemeine Verfahren für Knick- und Biegedrillknicknachweise für Bauteile'. Der Anwendungsbereich dieses 'Allgemeinen Verfahrens' wird von der EN 1993-1-1 relativ großzügig definiert, von den nationalen Dokumenten ÖNORM B 1993-1-1 und DIN EN 1993-1-1/NA aber wieder stark eingeschränkt. Die praktische Anwendung des Verfahrens wird zudem durch diese Einschränkungen erschwert. Es ist daher das Ziel dieses Beitrages, eine möglichst anwenderfreundliche Vorgehensweise festzulegen und den großzügigen Anwendungsbereich dieses 'neuen' Verfahrens bzw. die Einschränkungen der Nationalen Dokumente anhand ausgewählter Beispiele zu verifizieren. Zum direkten Vergleich werden dazu vorab Traglasten mit der FEM bestimmt. Studies to the general method against lateral torsional buckling according to EN 1993-1-1. With the introduction of the Eurocodes, compared to the proof methods of the ÖNORM and the DIN-standards, new proof methods were included. This happened also in the case of the proof methods against lateral torsional buckling. In section 6.3.4 of EN 1993-1-1, there is the 'general method for lateral and lateral torsional buckling of structural components'. The application field of these 'general method' is defined in a relatively generous way by the EN 1993-1-1; however, the national documents ÖNORM B 1993-1-1 and DIN EN 1993-1-1/NA place limits on it. In addition, the practical application is made more difficult by these restrictions. Therefore, the aim of this article is to define a user-friendly approach, to examine the application limits of these 'new' method and to check the limitations imposed by the national documents based on selected systems. For direct comparison ultimate loads were determined first by use of the FEM. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Die Verallgemeinerung von Biegeknick- und Biegedrillknicknachweisen erfordert die Formulierung einer einheitlichen Grundlage für Grenzzustand und Imperfektion. Ziel ist es, mit einer nichtlinearen Berechnung und zutreffenden Imperfektionsannahmen auf Ergebnisse zu kommen, die mit den Knickkurven konsistent sind. In diesem Beitrag wird mit der Aufbereitung der einheitlichen Grundlage für das Biegedrillknicken begonnen und die Anwendung anhand eines Beispiels verdeutlicht. Des Weiteren wird über erste Ergebnisse einer Versuchsreihe zum Biegedrillknicken von Trägern mit variablen Momentenverläufen berichtet. Möglichst klare Randbedingungen und richtungstreue Last auf dem zur Seite ausweichenden Obergurt erforderten einen neuen Versuchsstand sowie eine seitengeregelte Nachführung des Hydraulikzylinders. Investigations on the verification of out of plane stability on a generalised basis. The general method for the verification of flexural and lateral torsional buckling is an interesting alternative to ordinary checking procedures with substitute beams and coefficients. By introducing a design point relevant for the verification, the method becomes more precise. It then leads to same results as a non-linear calculation with an imperfection shape that is affine to the critical shape, the curvature amplitude of which is scaled to the Euler buckling column. By that the method is fully mechanically justified. By considering St. Venant torsion, it is also transferrable to lateral torsional buckling problems. Within this paper the lateral torsional buckling check using the general method is shown and illustrated by means of an example. Furthermore, first results of a test series on lateral torsional buckling of beams with variable moment shapes are presented. Clear boundary conditions and a load direction that remains vertical throughout the whole course of a bending test with lateral torsional buckling required a new test setup and control of the lateral shift of the hydraulic jack. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Dieser Aufsatz beschreibt - im dritten und letzten Teil - die Anwendung der 'Allgemeinen Methode' nach DIN EN 1993-1-1, Abschnitt 6.3.4 auf komplexe 3D-Konstruktionen. Es wird gezeigt, dass diese verblüffend einfache Nachweismethode gegen räumliches Stabilitätsversagen von Stahlkonstruktionen (vor allem mit dünnwandigen offenen torsionsweichen) Profilen zu gleichwertigen Ergebnissen führt wie die alternative, aber aufwendigere so genannte 'Äquivalente Imperfektionsmethode' nach DIN EN 1993-1-1, Abschnitt 5.3.2 (11). Die 'Allgemeine Methode' wird in Abschnitt 15 modifiziert und damit auch für Profile anwendbar, die unter reiner Normalkraftbeanspruchung mit Biegedrillknickversagen antworten. DIN EN 1993-1-1 based integrated stability analysis of 2D/3D steel structures (part 3). This paper - as the third and last part of a series of three parts - presents the use of the 'General Method' of DIN EN 1993-1-1, chapter 6.3.4 for complex 3D steel structures. It shows that this surprising easy to handle method for global stability checks of spatial buckling behavior of steel constructions with thin-walled cross sections leads to the same results as the more complicate 'Equivalent Imperfection Method' of DIN EN 1993-1-1, chapter 5.3.2(11), which uses the elastic global eigenshapes. In chapter 15 the 'General Method' is modified in order to use it for structures with cross sections, which fail with flexural torsional buckling shapes. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Accurate knowledge of real traffic load levels is one of the prerequisites for structural safety assessments, and the common method used to extrapolate load effects depends on the analysis of effect crossing rate distribution according to Rice's Theory. But as proved by the analysis made in this paper from three perspectives (theoretical basis of the method, determination of fitting starting class interval and discreteness of extrapolated effects), the method is flawed in at least three respects: obvious deviation between the presumption of Rice's Theory and the real distribution of crossing rate, narrow application range (extremely high traffic density) and unreliability in extrapolation of effects. Besides, the method only estimates the effects of the return period, without a reliability analysis of randomness in sampling and thus an effective estimation of effect range containing true values. Therefore, this paper, after analysing the relation between return period and extreme value distribution of load effects, as well as the occurrence rule for return period effects, proposes a general method for extrapolating traffic load effects on highway bridges. The general method, with the characteristic of high utilization of sample data in effect extrapolation from crossing rate distribution, is wide in its scope of application; it can be used for traffic flows with different densities and influence lines with different forms and lengths, and provides a confidence interval for estimated effect values. The method thus represents a significant improvement to the reliability of extrapolating effects for different return periods. Forschungen zur allgemeinen Methode der Extrapolation von Verkehrslastwirkungen auf AutobahnbrüKen. Eine genaue Kenntnis des realen Verkehrslastniveaus ist eine der Voraussetzungen einer bautechnischen Sicherheitsbewertung. Die verbreitete Methode zur Extrapolation von Lasteinflüssen hängt ab von der Analyse der Effekt-Durchgangsraten-Verteilung entsprechend der Theorie von Rice. Diese Methode hat Schwächen in mindestens drei Bereichen: in ihren theoretischen Grundlagen, der Bestimmung einer passenden Start-Klassenweite sowie der Diskretheit extrapolierter Effekte. Dies wird durch die Betrachtungen im vorliegenden Beitrag gezeigt. Die Theorie von Rice weicht offensichtlich von den meisten realen Verteilungen der Durchgangsrate ab, hat einen engen Anwendungsbereich (extrem hohe Verkehrsdichte) und ist unzuverlässig bei der Extrapolation von Effekten. Zudem werden durch die Methode Auswirkungen der Wiederholungsperiode nur geschätzt: eine Zuverlässigkeitsanalyse zur Wahllosigkeit der Stichproben fehlt, und somit fehlt auch eine brauchbare Einschätzung des Wirkungsbereichs, der den wahren Wert enthält. Daher schlägt der vorliegende Beitrag eine allgemeine Methode zur Extrapolation von Verkehrslasteinflüssen auf Autobahnbrücken vor. Grundlagen sind die Analyse des Zusammenhangs zwischen Wiederholungsperiode und Extremwertverteilung der Lasteinflüsse sowie die Erscheinung einer Regel über die Effekte der Wiederholungsperiode. Ein Charakteristikum dieser allgemeinen Methode ist die starke Nutzung von Stichproben bei der Extrapolation von Effekten aus der Durchgangsraten-Verteilung. Die allgemeine Methode hat einen breiten Anwendungsbereich für verschiedene Verkehrsflussdichten und für Wirklinien verschiedener Formen und Längen. Sie liefert weiterhin einen Vertrauensbereich für geschätzte Effektwerte und somit eine deutlich höhere Zuverlässigkeit der Extrapolation von Effekten für verschiedene Wiederholungsperioden. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Dieser Aufsatz zeigt - als zweiter von drei Teilen - in den Abschnitten 8 bis 10 im Wesentlichen die Anwendung der so genannten Allgemeinen Methode von DIN EN 1993-1-1/ Abschnitt 6.3.4 zum Nachweis biegedrillknickgefährdeter Tragstrukturen auch im Vergleich zu der parallel benutzten Methode der Biegetorsionstheorie II. Ordnung mit Ansatz von Vorverformungen. Man erkennt an der Vielzahl der Beispiele leicht ihre Einfachheit, Wirtschaftlichkeit und vielfach auch ihre Überlegenheit gegenüber den bekannten konventionellen Methoden hinsichtlich der Aufteilung komplexer Stahlstrukturen in Einzelstäbe, um Biegedrillknicknachweise mit der Ersatzstabmethode oder der Biegetorsionstheorie II. Ordnung führen zu können. ConSteel - als integriertes Programmsystem für beliebige 2D- und 3D-Stahl- und Stahlverbundstrukturen - bietet die notwendige Softwarebasis, um die Parameter dieser Allgemeinen Methode zu berechnen und erledigt auch die diesbezüglichen Nachweise. In Abschnitt 7 wird als Ergänzung zu den Benchmarkbeispielen von Teil 1 [44] gezeigt, dass ConSteel auch bei Stäben mit starken kontinuierlichen Rotationsbettungen korrekte Eigenwerte und insbesondere korrekte Eigenformen liefert, was bei Anwendung der Biegetorsionstheorie 2. Ordnung mit affinen Vorverformungen unbedingt notwendig ist. Abschnitt 11 als Abschluss dieses Teiles 2 leitet mit Untersuchungen der stabilisierenden Wirkung von 3D-Verbänden zu Teil 3 über (erscheint voraussichtlich in Stahlbau Heft 5/2014), wo komplexere 3D-Strukturen (z. B. Stahlhallen) insbesondere hinsichtlich der Wirkung von Exzentrizitäten der Anschlüsse und der räumlichen Interaktionen der Substrukturen bei den Stabilitätsnachweisen behandelt werden. DIN EN 1993-1-1 based integrated stability analysis of 2D/3D steel structures (part 2). This paper - as the second of a series of three parts - presents within chapters 8 until 10 the benefits of the 'General Method' (DIN EN 1993-1-1/clause 6.3.4) with regard to steel structures, which are vulnerable towards 3D-lateral bending and torsional instabilities. The concurrent method of theory 2nd order including the warping and using initial deformations (either as initial bows or as eigenshape equivalent) is also applied for comparison. Various examples illustrate their easiness of application as well as its profitability and mostly superiority versus the well known conventional methods of subdividing complex steel structures into small substructures (mostly single members) to check the lateral torsional buckling behavior. ConSteel -developed as an integrated system for optional 2D and 3D steel and composite structures- offers the necessary software base to compute all parameters and additionally to perform the required checks of the 'General Method'. Chapter 7 complements the benchmark examples from the first part [44], i.e. ConSteel even computes correctly the eigenshapes of members with continuous high rotational spring support. This is particularly required with application of theory 2nd order including the warping using equivalent initial deformations. Chapter 11 concludes this second part with studies of stabilizing effects of 3D-bracings. Investigations into the 3D stability calculation and checks will become main focus of the third part (presumably presented in STAHLBAU 5/2014). This last part will deal with more complex 3D structures (e.g. industrial buildings) particularly concerning impacts of eccentricities of loading, connections, supports and the spatial interaction of sub-structures under stability checks. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Dieser Aufsatz beschreibt - als erster einer Serie von drei Teilen - im Wesentlichen die Details der so genannten 'Allgemeinen Methode' von DIN EN 1993-1-1/Abschnitt 6.3.4. Diese softwarebasierte Methode für beliebige 2D- und 3D-Stahlstrukturen benutzt ein integriertes Nachweiskonzept der Stabilitätsanalyse und -nachweise. Sie wird mit der klassischen Ersatzstabmethode für Stabilitätsnachweise einfacher Stabmodelle verglichen, bei der im Allgemeinen unterschiedliche Berechnungsmodelle (wie auch gegebenenfalls entsprechende Software) zur Schnittgrößenberechnung in der Ebene und den Stabilitätsnachweisen verwendet werden. Für die numerische Analyse - das ist ein entscheidender Kernpunkt der Methode - wird die auf der Basis von EC 3 entwickelte Software ConSteel eingesetzt, die ein leistungsfähiges 3D finites Balken-Stützenelement mit zwei Knoten und jeweils sieben Verformungsfreiheitsgraden verwendet, dessen Qualität mit relevanten Benchmark-Tests nachgewiesen wird. Nach der soeben erst publizierten Methodik der Klassifikation von Software zur Anwendung der Theorie 2. Ordnung ist ConSteel in die höchste Kategorie 5 (TH. II.O.-3WS) einzuordnen. Die 'Allgemeine Methode' führt zu einer robusten und vor allem verständlichen computerunterstützten Nachweismethodik gegen globales Stabilitätsversagen. DIN EN 1993-1-1 based integrated stability analysis of 2D/3D steel structures (Part 1). This paper - as the first one of a series of three parts - presents the details and use of the 'General method' of DIN EN 1993-1-1/clause 6.3.4. This method is a model based design procedure for steel structures using integrated stability analysis and standard check. The method is compared to the classical method where different calculation models as well as suitable software are used for the stress analysis and for the stability analysis and check. Also the alternative method of 3D calculations with the theory 2nd order using equivalent initial deformations, which are derived from the eigenform analysis, is presented. For the numerical analysis (as it is the crucial point of the method) the 14 DOF beam-column finite element of ConSteel is described and its quality is shown by relevant benchmarks. According to the recently published methodology for the classification of 2nd order theory software ConSteel belongs to the highest category 5 (TH.II.O.-3WS). Finally it is shown that the 'General method' leads to an easy to use, robust and understandable computer aided design methodology against loss of global stability. [ABSTRACT FROM AUTHOR]