Bruchmechanische Methoden im Sicherheitssystem des Stahlbaus: Fid-Bau Portal

Bruchmechanische Methoden im Sicherheitssystem des Stahlbaus

Sedlacek, G. / Höhler, S. / Kühn, B. / Langenberg, P.

Bruchmechanische Methoden haben im Stahlbau Fuß gefaßt, um die Sicherheit von Tragwerken nicht nur hinsichtlich ihrer Festigkeit, sondern auch hinsichtlich ihrer Zähigkeit nachweisen zu können. Zähigkeitsnachweise sind erforderlich, wenn ausreichende Sicherheit gegenüber Sprödbruch erzielt werden muß. Für standardisierte Fälle führt der Zähigkeitsnachweis zu einfachen Verfahren der Stahlgütewahl, z.B. nach Teil 1-10 der EN 1993 oder nach EN 13445. Diesem Zähigkeitsnachweis liegen Werkzeuge der Bruchmechanik zugrunde, die nicht nur im konstruktiven Stahlbau, sondern auch im Behälterbau im Rahmen der Europäischen Vereinheitlichung der technischen Regelwerke harmonisiert sind. Die neuen Methoden der Stahlgütewahl führen nicht nur zu sicheren Entscheidungen für die Wahl von Werkstoff und Bauteilgestaltung, sie erhöhen gegenüber den früheren empirischen Verfahren auch die Wirtschaftlichkeit durch die Verwendbarkeit größerer Blechdicken und höherer Stahlfestigkeiten. Die Methoden der Stahlgütewahl gelten bislang für das Temperaturübergangsverhalten der Zähigkeit, jedoch noch nicht für das Hochlageverhalten. Hochlagennachweise sind aber besonders dort, wo Tragfähigkeitsnachweise mit der Annahme der Bildung plastischer Zonen geführt werden, z.B. bei Erdbebenbeanspruchung und in Fällen von Sondereinwirkungen wie Anprall und Explosion, von großer Bedeutung. Hier gibt es in Deutschland bislang nur ein emprisches Prüfverfahren, den Aufschweißbiegeversuch.

Fracture mechanical methods have been established for safety assessments of structures related to toughness that complement those related to strength. Toughness verifications are necessary to avoid brittle fracture with sufficient reliability. For standardized details the toughness assessment leads to simple procedures for the choice of material, e.g. in part 1.10 of EN 1993 or in EN 13445. This toughness assessment is based on fracture mechanical tools, that are harmonized within the European unification of technical standards not only for steel structures but also for pressure vessels. The new methods for the choice of material allow reliable decisions for the selection of steels together with the structural configuration, and the economic efficiency is increased compared to the former empirical methods by allowing thicker plates and higher steel grades. So far the choice of material applies for the transition behaviour of the toughness-temperature curve, not for the toughness behaviour in the upper shelf domain. Safety assessments especially in the upper shelf domain are required, if ultimate limit states are verified assuming plastic zones, e.g. where seismic actions, impact actions or explosions occur.