Web crippling and local buckling response of stainless steel sections

Abstract

This thesis examines the response of stainless steel members when subjected to transverse and normal forces triggering the instability phenomena called web crippling and local buckling, respectively. Currently, the part of Eurocode dealing with stainless steel, EN 1993-1-4 (2006) misses design provisions for web crippling and the applicability of some of its aspects is yet to be fully verified especially for application to ferritic stainless steel. The first part of the thesis laid in the development of design equations for the treatment of web crippling in stainless steel sections which are currently designed following specifications given in EN 1993-1-3 (2006) for cold-formed carbon steel. Two design approaches were derived covering austenitic and ferritic stainless steels: an empiric equation, in line with the current provisions for web crippling design given in EN 1993-1-3 (2006); and an alternative semi-empiric design method based on strength curves which enables a better understanding of the phenomenon and showed to significantly improve web crippling predictions. For the second part of the thesis, the applicability of the local buckling design provisions given in EN 1993-1-4 (2006) to ferritic stainless steel was examined giving focus to the slenderness limits and the effective width equations. The results showed that EN 1993-1-4 (2006) can safely be applied to ferritic stainless steel, though the code is rather conservative in comparison with other methods. Finally, a modification of the effective width equation incorporating element interaction effects was proposed which allows an improvement of cross-section capacity predictions and enables to amend the effective width method to the same level of alternative design approaches but promoting the use of the concepts currently considered in Eurocode.

Esta tesis estudia la respuesta estructural de elementos de acero inoxidable sometidos a fuerzas transversales i normales que desencadenan los fenómenos de inestabilidad llamados web crippling y local buckling, respectivamente. Actualmente, la parte de Eurocódigo que contempla los aceros inoxidables, el EN 1993-1-4 (2006) carece de ecuaciones de diseño para web crippling y la aplicabilidad de algunas de sus especificaciones necesita ser validada especialmente para los aceros inoxidables ferríticos. La primera parte de esta tesis se focaliza en el desarrollo de ecuaciones de diseño para el tratamiento del web crippling en secciones de acero inoxidable que actualmente se diseñan siguiendo las especificaciones dadas en EN 1993-1-3 (2006) para acero al carbono conformado en frío. Dos métodos de diseño para los aceros inoxidables austeníticos y ferríticos: una ecuación empírica en línea con la actual dada en EN 1993-1-3 (2006); y un método de diseño semi-empírico basado en curvas de resistencia que permite entender mejor el fenómeno y muestra una mejora importante de las predicciones a web crippling. Para la segunda parte de la tesis, se ha estudiado la aplicabilidad de las actuales especificaciones para el diseño a local buckling dadas en EN 1993-1-4 (2006) a los aceros inoxidables ferríticos focalizándose en los límites de esbeltez y las ecuaciones de ancho eficaz. Los resultados mostraron que EN 1993-1-4 (2006) puede ser aplicado a los aceros inoxidables ferríticos, aunque el código es bastante conservador en comparación con otros métodos de diseño. Finalmente, se propuso una modificación de la ecuación del ancho eficaz que incorpora la interacción entre los elementos de la misma sección y que permite, además de mejorar las predicciones de la resistencia seccional, llevar el método del ancho eficaz hasta el mismo nivel que otros métodos de diseño pero ensalzando el uso de los conceptos actualmente considerados en Eurocódigo