Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Beitrag zur Erweiterung der Regelungen der Stahlsortenauswahl zur Vermeidung von Sprödbruch auf Anschlüsse unter vorwiegend ruhender Beanspruchung
Die DASt-Richtlinie 009 'Stahlsortenauswahl für geschweißte Stahlbauten' und der Teil 1-10 des Eurocode 3 'Stahlsortenauswahl im Hinblick auf Bruchzähigkeit' liefern standardisierte Regeln zur Auswahl der Stahlsorte, mit denen ein einfacher Zähigkeitsnachweis zur Vermeidung von Sprödbruch ermöglicht wird. Die Grundlage ist ein bruchmechanisches Nachweiskonzept, das von der Existenz möglicher Risse ausgeht, die während der Fertigung oder Nutzung des Bauteils entstehen können. Die Methode wurde ursprünglich für ermüdungsbeanspruchte Konstruktionen entwickelt. Sie ist auf Kerbfälle anwendbar, wie sie in den Kerbfallkatalogen aufgelistet sind, und bei denen Oberflächenrisse aus der Detailausführung und der Beanspruchung erwartet werden müssen. Für vorwiegend ruhend beanspruchte Konstruktionen, wie im Stahlhochbau, fehlt bislang eine standardisierte Nachweismöglichkeit, denn dort werden Anschlussdetails oft geometrisch so komplex ausgeführt, dass sie in ihrer Kerbschärfe über die klassifizierten Kerbfälle für die Ermüdung hinaus gehen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Erweiterung der Stahlsortenauswahlmethoden auf geometrisch komplexe Fälle des Hochbaus. Anhand geschweißter Einschubverbindungen, die im Hochbau häufig eingesetzt werden, werden bruchmechanische Zähigkeitsanforderungen definiert. Daraus werden einfache Regeln für die Stahlsortenauswahl abgeleitet. Auf Basis des K-Konzeptes (Spannungsintensitätsfaktoren K) wird eine allgemeingültige Formulierung der bruchmechanischen Beanspruchung für die Anschlussgeometrie aufgestellt. Quantifiziert wird diese durch bruchmechanische Berechnungen mit Hilfe der numerischen BE (Boundary Element)-Methode. Die Berechnungsergebnisse werden durch Versuche an bauteilähnlichen Großproben überprüft, an denen Rissfortschritts- und Bruchversuche unter tiefen Temperaturen durchgeführt werden. Es zeigt sich, dass bei den vorliegenden Geometrien von einem über die ganze Blechdicke gehenden Seitenriss in Richtung der Breite des Bauteils ausgegangen werden muss. Die Folge ist eine höhere bruchmechanische Beanspruchung als beim Oberflächenriss und die Breite des Bauteils hat einen stärkeren Einfluss als die Blechdicke. Das steht im Gegensatz zu den Konstruktionsdetails mit Oberflächenrissen, bei denen die wesentliche Richtung für die Rissbeanspruchung die Blechdickenrichtung ist. Die Übertragbarkeit des aufgestellten Nachweiskonzeptes auf ermüdungsbelastete Bauteile mit Seitenrissen wird gezeigt, die mit der entwickelten Methode ebenfalls sprödbruchsicher nachgewiesen werden können.
Beitrag zur Erweiterung der Regelungen der Stahlsortenauswahl zur Vermeidung von Sprödbruch auf Anschlüsse unter vorwiegend ruhender Beanspruchung
Die DASt-Richtlinie 009 'Stahlsortenauswahl für geschweißte Stahlbauten' und der Teil 1-10 des Eurocode 3 'Stahlsortenauswahl im Hinblick auf Bruchzähigkeit' liefern standardisierte Regeln zur Auswahl der Stahlsorte, mit denen ein einfacher Zähigkeitsnachweis zur Vermeidung von Sprödbruch ermöglicht wird. Die Grundlage ist ein bruchmechanisches Nachweiskonzept, das von der Existenz möglicher Risse ausgeht, die während der Fertigung oder Nutzung des Bauteils entstehen können. Die Methode wurde ursprünglich für ermüdungsbeanspruchte Konstruktionen entwickelt. Sie ist auf Kerbfälle anwendbar, wie sie in den Kerbfallkatalogen aufgelistet sind, und bei denen Oberflächenrisse aus der Detailausführung und der Beanspruchung erwartet werden müssen. Für vorwiegend ruhend beanspruchte Konstruktionen, wie im Stahlhochbau, fehlt bislang eine standardisierte Nachweismöglichkeit, denn dort werden Anschlussdetails oft geometrisch so komplex ausgeführt, dass sie in ihrer Kerbschärfe über die klassifizierten Kerbfälle für die Ermüdung hinaus gehen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Erweiterung der Stahlsortenauswahlmethoden auf geometrisch komplexe Fälle des Hochbaus. Anhand geschweißter Einschubverbindungen, die im Hochbau häufig eingesetzt werden, werden bruchmechanische Zähigkeitsanforderungen definiert. Daraus werden einfache Regeln für die Stahlsortenauswahl abgeleitet. Auf Basis des K-Konzeptes (Spannungsintensitätsfaktoren K) wird eine allgemeingültige Formulierung der bruchmechanischen Beanspruchung für die Anschlussgeometrie aufgestellt. Quantifiziert wird diese durch bruchmechanische Berechnungen mit Hilfe der numerischen BE (Boundary Element)-Methode. Die Berechnungsergebnisse werden durch Versuche an bauteilähnlichen Großproben überprüft, an denen Rissfortschritts- und Bruchversuche unter tiefen Temperaturen durchgeführt werden. Es zeigt sich, dass bei den vorliegenden Geometrien von einem über die ganze Blechdicke gehenden Seitenriss in Richtung der Breite des Bauteils ausgegangen werden muss. Die Folge ist eine höhere bruchmechanische Beanspruchung als beim Oberflächenriss und die Breite des Bauteils hat einen stärkeren Einfluss als die Blechdicke. Das steht im Gegensatz zu den Konstruktionsdetails mit Oberflächenrissen, bei denen die wesentliche Richtung für die Rissbeanspruchung die Blechdickenrichtung ist. Die Übertragbarkeit des aufgestellten Nachweiskonzeptes auf ermüdungsbelastete Bauteile mit Seitenrissen wird gezeigt, die mit der entwickelten Methode ebenfalls sprödbruchsicher nachgewiesen werden können.
Beitrag zur Erweiterung der Regelungen der Stahlsortenauswahl zur Vermeidung von Sprödbruch auf Anschlüsse unter vorwiegend ruhender Beanspruchung
Höhler, Susanne (Autor:in)
2005
190 Seiten, Bilder, Tabellen, 77 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch