Theoretisch en numeriek knikonderzoek hoogbouwstabiliteit
Projectinformatie
Locatie: Nederland
Project type: Theoretisch & numeriek academisch onderzoek
Doelstelling: Fundamenteel stabiliteitsonderzoek, formulering van knikvergelijkingen en EEM-validatie voor hoogbouw met variërende stijfheid
Projectomschrijving
Bij het constructief berekenen van de globale stabiliteit van hoge gebouwen wordt in de praktijk vaak uitgegaan van een constante buig- en afschuifstijfheid, evenals een uniforme horizontale belasting over de gehele gebouwhoogte. Bij het ontwerpen van efficiënte, hoge slanke structuren neemt de benodigde stijfheid naar boven toe echter af. Dit onderzoek richtte zich op het bepalen van de kritische knikbelasting van verticale stalen vakwerkstructuren (stabiliteitselementen), waarvan de stijfheid lineair afneemt over de hoogte van het gebouw.
Het doel van deze studie was om het mechanische gedrag van deze variabel stijve stabiliteitswanden en -vakwerken theoretisch te doorgronden en om praktische, vereenvoudigde rekenformules te ontwikkelen voor de vroege ontwerpfase van hoogbouwprojecten.
Onderzoeksmethodiek & Validatie
Het onderzoek combineert wiskunde met geavanceerde numerieke eindige-elementensimulaties (EEM):
• Parameterstudie: Er is een uitgebreide parameterstudie uitgevoerd om het effect van verschillende stijfheidsverlopen, geometrieën en belastingscombinaties te vergelijken, waarmee de nauwkeurigheid en het toepassingsgebied van de ontwikkelde formules zijn aangetoond.
• Analytische formule-afleiding: Met behulp van het computergebonden wiskundeprogramma Wolfram Mathematica zijn analytische formules afgeleid voor het bepalen van de kritische knikbelasting, uitgaande van bestaande mechanicaprincipes en variabele stijfheidsprofielen.
• Numerieke EEM-validatie: De theoretisch ontwikkelde vergelijkingen zijn geverifieerd door middel van lineaire knikanalyses (eigenwaarde-knikanalyses) in de gespecialiseerde eindige-elementensoftware ANSYS.
Uitgewerkte onderdelen
• Analytische afleiding van knikformules voor variabel gestijfde vakwerken
• Numerieke modellering en lineaire knikanalyses in ANSYS
• Parametrische vergelijkingsstudie (theorie vs. EEM)
Aangeleverde bestanden
• Wiskundige afleidingen en Mathematica-notebooks
• Numeriek onderzoeks- en EEM-analyserapport
• Afgeleide rekenformules en grafische parametermodellen