Stability of steel plates under combined loading

The objective of this work is to analyse the stability behaviour of steel plates under selected load combinations and to develop design rules which resolve shortcomings of EN 1993-1-5:2006. For plates under biaxial compression and application of the reduced stress method based on a single plate slenderness the interaction equation was checked with merely few results so far. However, in comparison to the proven rules of DIN 18800-3:1990 it shows significant discrepancies. The stability behaviour is studied for the basic load combination biaxial compression and the plausibility criteria for the transferability of the results e.g. to the load combination of transverse stress (patch loading) and bending stress are discussed. A modification of the interaction equation is proposed. For plate I-girder webs under transverse patch loading, bending moment and shear force (F-M-V) and application of the effective width method there is at present no interaction criterion for the load combination of transverse patch loading and shear force. However, a few studies from literature show that these two loadings interact. Experimental and numerical studies are carried out in order to analyse the stability behaviour and to develop an interaction criterion which is finally enhanced with the effect of bending moment. The results of this work enable a reliable and safe application of the reduced stress method based on a single plate slenderness as verification method for plates under biaxial compression. Besides that, the proposal adds the possibility to take into account favourable edge boundary conditions for the determination of the elastic critical stresses. This essentially contributes to a numerically assisted verification procedure in the future. For the effective width method an interaction equation is proposed for the load combination transverse patch loading and shear force (F-V) which is harmonised with the existing F-M interaction equation to take also into account the effect of bending moment. Ziel der Arbeit ist es, das Interaktionsverhalten stabilitatsgefahrdeter, stahlerner Platten fur ausgewahlte Beanspruchungskombinationen zu analysieren und Bemessungsgleichungen zu entwickeln, die Unzulanglichkeiten von EN 1993-1-5:2006 beheben. Fur Platten unter biaxialem Druck und Anwendung der Methode der reduzierten Spannungen basierend auf einem einzigen Plattenschlankheitsgrad wurde bislang die Interaktionsgleichung lediglich anhand sehr weniger Ergebnisse uberpruft und im Vergleich zu den bewahrten Regelungen nach DIN 18800-3:1990 weicht sie deutlich ab. Das Interaktionsverhalten wird daher fur die Basislastkombination biaxialer Druck untersucht und die Plausibilitatskriterien zur Ubertragbarkeit der Ergebnisse z.B. auf die Beanspruchungskombination Querspannung (patch loading) und Biegespannung werden diskutiert. Eine Modifikation der Interaktionsgleichung wird vorgeschlagen. Fur die Interaktion zwischen Querbelastung, Biegemoment und Querkraft in Stegblechen von I-Tragern (F-M-V) und Anwendung der Methode der wirksamen Breiten wird fur die Interaktion zwischen Querbelastung und Querkraft derzeit keine Bemessungsgleichung angeboten. Einige wenige Untersuchungen in der Literatur zeigen jedoch eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Beanspruchungsarten. Experimentelle und numerische Untersuchungen werden durchgefuhrt, um das Stabilitatsverhalten zu analysieren und ein Interaktionskriterium herzuleiten, das abschliesend um den Biegemomenteneinfluss erganzt wird. Die Ergebnisse dieser Arbeit ermoglichen die zuverlassige und sichere Anwendung der Methode der reduzierten Spannungen basierend auf einem einzigen Plattenschlankheitsgrad als Nachweisverfahren fur biaxial druckbeanspruchte Platten. Der Vorschlag erweitert zudem das bestehende Bemessungsverfahren um die Moglichkeit, gunstig wirkende Randlagerungseffekte der Platte bei der Ermittlung der elastisch kritischen Spannungen zu berucksichtigen. Dies stellt einen wesentlichen Beitrag fur einen numerisch gestutzt zu fuhrenden Nachweis in Zukunft dar. Fur die Methode der wirksamen Breiten wird fur den Nachweis der F-V-Interaktion eine Bemessungsgleichung vorgeschlagen, die mit der vorhandenen F-M-Interaktionsgleichung harmonisiert wird, um auch den Biegemomenteneinfluss erfassen zu konnen.