Reduced stress method for steel in class 4 cross-sections : Evaluation of the reduced stress method for a railway bridge

• Main Authors: Badrous, Therese, Lund, Ebba
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Byggteknik och design 2021
• Subjects: FEM; Reduced stress method; Effective cross-section method; Local buckling; Steel cross-section; Class 4 cross-section; Railway bridge; Reducerad spänningsmetoden; Effektivt tvärsnittsmetoden; Lokal buckling; Ståltvärsnitt; Tvärsnittklass 4; Järnvägsbro; Infrastructure Engineering; Infrastrukturteknik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-302525

The effective cross-section method, also called reduced cross-section method is generally used for steel in class 4 cross-sections in considering local buckling. This method is a bit complicated and time consuming, which often leads to engineers not using profiles in class 4 cross-sections. The reduced stress method is an alternative method for handling slender steel cross-sections. These two methods are described in the Eurocode, of which the latter is less described. The national annex states that the reduced stress method should not be used, however, without explanation to the general recommendation. This study is a comparison of the two different methods and is intended to provide a better understanding of the reduced stress method. The calculation process and design for steel profiles in class 4 cross-sections can in this way become more efficient. This is done by determining when it is most profitable to use the reduced stress method instead of the effective cross-section method. Thus, can the use of profiles in class 4 cross-sections become a more obvious choice in the industry. This study considered a simply supported I-beam in an open railway bridge exposed to bending moment where the same conditions were investigated for each method. The effective crosssection method is implemented by reducing the cross-sectional area and was calculated manually. In the reduced stress method, it is the yield stress that is reduced. The reduced stress method was analyzed both through FEM and manual calculations in this study. The result showed that the reduced stress method performed through FEM gave a similar result as the effective cross-section method, which makes it an appealing method. The reduced stress method with manual calculation, however, gave a more conservative result. These methods are relativelydifferent and recommendations for each method are presented in this report. === Idag behandlas ståltvärsnitt i tvärsnittklass 4 generellt med hjälp av metoden effektivt tvärsnitt för att beakta lokal buckling. Metoden är en aning komplicerad och tidskrävande, vilket leder till att konstruktörer överlag inte använder profiler i tvärsnittsklass 4. Reducerad spänning är en alternativ metod för hantering av slanka ståltvärsnitt. Dessa två metoder beskrivs i Eurokoden varav den sist nämnda mer kortfattat. I den nationella bilagan står det att metoden reducerad spänning ej bör användas dock utan motivering till det allmänna rådet. Studien är en jämförelse av de två olika metoderna och är ämnad till att ge en bättre förståelse av metoden reducerad spänning. Således kan beräkningsgången samt projektering för stålprofiler i tvärsnittsklass 4 effektiviseras. Detta genom att avgöra när det är mest lönsamt att använda reducerad spänning framför effektivt tvärsnitt. Följaktligen kan användning av profiler i tvärsnittsklass 4 bli ett mer självklart val i branschen. Denna studie omfattade en fritt upplagd I-balk i en öppen järnvägsbro utsatt för böjande moment där samma förutsättningar har undersökts för respektive metod. Effektivt tvärsnitt går ut på att reducera en tvärsnittsarea och har utförts via handberäkningar. I metoden reducerad spänning är det sträckgränsen som reduceras. I denna studie undersöktes reducerad spänningsmetoden via FEM samt handberäkningar. Resultatet påvisade att metoden reducerad spänning utförd via FEM gav ett liknande resultat som metoden effektivt tvärsnitt, vilket gör det till en attraktiv metod. Reducerad spänning via handberäkning gav dock ett mer konservativt resultat. Metoderna är relativt olika och rekommendationer för tillämpning av respektive metod presenteras i denna rapport.