<p>This master thesis deals with steel girders subjected to patch loading caused by concentrated moments. There exist no good methods to calculate by hand the ultimate resistance for this load case. In “tunnplåtshandboken”, (Handbook for sheet metal, which is published by SSAB), one calculation method is presented. It’s however fairly difficult to use, because of many calculation steps and many graphs. This study concentrates on how to calculate the resistance for this load case in a better way. The load case arises for example when a small steel plate (attachment) is welded to the flange above the web of a girder and the attachment is pulled in a direction parallel to the beam. It’s possible view the load as two components, a moment and a horizontal load. The moment will push the attachment into the girder and finally yielding in combination with web buckling will govern the ultimate resistance. In this report, only the moment part of the load is studied.</p><p>This study was made in three steps. First an FE-model was built. This model was verified against physical tests on patch loading from a force acting perpendicular to the beam axis. This approach was taken because no tests were found for the load case with a local moment. As step number two the FE-model was numerically adjusted to work for tests with patch loading caused by a local moment. A number of experiments were made, for which two parameters were varied, the thickness of the web and the length of the attachment. The loaded attachment was made very stiff, because it should not be deformed in order to simulate a sharp concentrated moment. In the last step a hand calculation model was developed for the investigated load case.</p><p>The FE-model that was created for comparison to the physical experiments gave resistances 10 % below the resistances, from the physical tests. This was mainly due to the sensitivity of the girder to initial imperfections and that the most severe buckling mode was used in the modeling of the imperfections.</p><p>The handcalculation model was developed to imitate the one for patch loading in EN 1993-1- 5 (EC3), because it may then work as an addition to EC3. The model was developed in three steps: yield resistance, critical elastic buckling load and the resistance function. The model for yield resistance is analytical and has a form equivalent to the one in EC3. The expressions for the critical elastic buckling load were taken as simple as possible, since they are the main area of this study. The method essentially uses the same equations as EC3 except from two small changes. The results are on the safe side but the safety margin increases when the length of the loaded attachment decreases and the slenderness of the web panel increase. Consequently formulas for calculating the critical load may be improved. The chosen reduction function was slightly increased compared to the function in EC3 but the results will still have a good safety margin. The complete model gives results where the safety margin increases as the length of the loaded attachment decreases. The calculation model was designed to be easy to use. In comparison to the FE-analysis, all the tested beams except a few with low slenderness gave results on the safe side.</p> / <p>Detta examensarbete behandlar stålbalkar utsatta för lokal intryckning orsakade av en lokal momentbelastning. För lastfallet finns ännu inga bra handräkningsmetoder, i plåthandboken som ges ut av SSAB finns en beräkningsmetod presenterad. Den är väldigt krånglig med många beräkningssteg och diagram. Denna studie är inriktad på att utreda hur man kan räkna på belastningsfallet på ett enklare och bättre sätt. Lastfallet uppkommer t.ex. då en lastögla svetsas till flänsen rakt över livet på en balk. Om lastöglan dras parallellt med balkens riktning så kan belastningen ses som två komponenter, ett moment och en horisontalkraft. Momentet kommer att trycka in lastöglan i balken och till slut blir det ett brott p.g.a. en blandning av att materialet flyter och att livet bucklar. I den här rapporten behandlas bara momentdelen av lasten.</p><p>Studien är gjord i tre steg. Först byggdes en FE-modell i Abaqus. Denna modell verifierades mot fysiska försök på lokal intryckning från en vertikal kraft, eftersom inga försök hittades på intryckning av ett lokalt moment. Som steg nummer två anpassades FE-modellen till försök med lokal intryckning från ett moment. Ett antal experiment gjordes med variation av två parametrar, livplåtens tjocklek och lastöglans längd. Lastöglan var väldigt styv eftersom den bara skulle skapa momentbelastningen. Sista steget var att utifrån resultaten ta fram en beräkningsmodell för lastfallet.</p><p>FE-modellen som skapades för testerna visade sig ge bärförmågor ca 10% under bärförmågan från de fysiska försöken. Detta berodde mycket på att balken var känslig för hur initialimperfektionerna såg ut och att första bucklingsmodens form användes vid modelleringen av de geometriska imperfektionerna.</p><p>Beräkningsmodellen utvecklades så att den skulle efterlikna den som gäller för lokal intryckning från vertikal last i EN 1993-1-5. Detta för att modellen skulle kunna användas som ett tillägg till EK3. Modellen utvecklades i tre delar, flytbärförmågan, kritiska bucklingslasten och reduktionsfaktorn för buckling. Modellen för flytbärförmågan togs fram analytiskt och fick en form som efterliknar den i EK3. Beräkningsmetoden för den kritiska bucklingslasten använder sig i princip av formlerna i EK3 förutom två små ändringar. Reduktionsfunktionen som valdes är en liten ökning av funktionen i EK3 men resultaten ligger ändå med bra marginal på säkra sidan. Den kompletta beräkningsmodellen ger resultat där säkerhetsmarginalen ökar vid minskande längd på lastöglan. Den har utformats så att den är lätt att använda och vid jämförelse med FE-försök gav beräkningsmodellen resultat på säkra sidan för alla balkar förutom några få av balkarna med låg slankhet. </p>

This master thesis deals with steel girders subjected to patch loading caused by concentrated moments. There exist no good methods to calculate by hand the ultimate resistance for this load case. In “tunnplåtshandboken”, (Handbook for sheet metal, which is published by SSAB), one calculation method is presented. It’s however fairly difficult to use, because of many calculation steps and many graphs. This study concentrates on how to calculate the resistance for this load case in a better way. The load case arises for example when a small steel plate (attachment) is welded to the flange above the web of a girder and the attachment is pulled in a direction parallel to the beam. It’s possible view the load as two components, a moment and a horizontal load. The moment will push the attachment into the girder and finally yielding in combination with web buckling will govern the ultimate resistance. In this report, only the moment part of the load is studied. This study was made in three steps. First an FE-model was built. This model was verified against physical tests on patch loading from a force acting perpendicular to the beam axis. This approach was taken because no tests were found for the load case with a local moment. As step number two the FE-model was numerically adjusted to work for tests with patch loading caused by a local moment. A number of experiments were made, for which two parameters were varied, the thickness of the web and the length of the attachment. The loaded attachment was made very stiff, because it should not be deformed in order to simulate a sharp concentrated moment. In the last step a hand calculation model was developed for the investigated load case. The FE-model that was created for comparison to the physical experiments gave resistances 10 % below the resistances, from the physical tests. This was mainly due to the sensitivity of the girder to initial imperfections and that the most severe buckling mode was used in the modeling of the imperfections. The handcalculation model was developed to imitate the one for patch loading in EN 1993-1- 5 (EC3), because it may then work as an addition to EC3. The model was developed in three steps: yield resistance, critical elastic buckling load and the resistance function. The model for yield resistance is analytical and has a form equivalent to the one in EC3. The expressions for the critical elastic buckling load were taken as simple as possible, since they are the main area of this study. The method essentially uses the same equations as EC3 except from two small changes. The results are on the safe side but the safety margin increases when the length of the loaded attachment decreases and the slenderness of the web panel increase. Consequently formulas for calculating the critical load may be improved. The chosen reduction function was slightly increased compared to the function in EC3 but the results will still have a good safety margin. The complete model gives results where the safety margin increases as the length of the loaded attachment decreases. The calculation model was designed to be easy to use. In comparison to the FE-analysis, all the tested beams except a few with low slenderness gave results on the safe side. / Detta examensarbete behandlar stålbalkar utsatta för lokal intryckning orsakade av en lokal momentbelastning. För lastfallet finns ännu inga bra handräkningsmetoder, i plåthandboken som ges ut av SSAB finns en beräkningsmetod presenterad. Den är väldigt krånglig med många beräkningssteg och diagram. Denna studie är inriktad på att utreda hur man kan räkna på belastningsfallet på ett enklare och bättre sätt. Lastfallet uppkommer t.ex. då en lastögla svetsas till flänsen rakt över livet på en balk. Om lastöglan dras parallellt med balkens riktning så kan belastningen ses som två komponenter, ett moment och en horisontalkraft. Momentet kommer att trycka in lastöglan i balken och till slut blir det ett brott p.g.a. en blandning av att materialet flyter och att livet bucklar. I den här rapporten behandlas bara momentdelen av lasten. Studien är gjord i tre steg. Först byggdes en FE-modell i Abaqus. Denna modell verifierades mot fysiska försök på lokal intryckning från en vertikal kraft, eftersom inga försök hittades på intryckning av ett lokalt moment. Som steg nummer två anpassades FE-modellen till försök med lokal intryckning från ett moment. Ett antal experiment gjordes med variation av två parametrar, livplåtens tjocklek och lastöglans längd. Lastöglan var väldigt styv eftersom den bara skulle skapa momentbelastningen. Sista steget var att utifrån resultaten ta fram en beräkningsmodell för lastfallet. FE-modellen som skapades för testerna visade sig ge bärförmågor ca 10% under bärförmågan från de fysiska försöken. Detta berodde mycket på att balken var känslig för hur initialimperfektionerna såg ut och att första bucklingsmodens form användes vid modelleringen av de geometriska imperfektionerna. Beräkningsmodellen utvecklades så att den skulle efterlikna den som gäller för lokal intryckning från vertikal last i EN 1993-1-5. Detta för att modellen skulle kunna användas som ett tillägg till EK3. Modellen utvecklades i tre delar, flytbärförmågan, kritiska bucklingslasten och reduktionsfaktorn för buckling. Modellen för flytbärförmågan togs fram analytiskt och fick en form som efterliknar den i EK3. Beräkningsmetoden för den kritiska bucklingslasten använder sig i princip av formlerna i EK3 förutom två små ändringar. Reduktionsfunktionen som valdes är en liten ökning av funktionen i EK3 men resultaten ligger ändå med bra marginal på säkra sidan. Den kompletta beräkningsmodellen ger resultat där säkerhetsmarginalen ökar vid minskande längd på lastöglan. Den har utformats så att den är lätt att använda och vid jämförelse med FE-försök gav beräkningsmodellen resultat på säkra sidan för alla balkar förutom några få av balkarna med låg slankhet.