Stabilität von Kreiszylinderschalen aus Stahl unter kombinierter Beanspruchung: Fid-Bau Portal

Stabilität von Kreiszylinderschalen aus Stahl unter kombinierter Beanspruchung

Winterstetter, T.A. / Schmidt, H.

Kreiszylindrische Schalentragwerke aus Stahl finden im Ingenieurbau breite Verwendung, z.B. als Schornsteine, Stahlrohrtürme für Windenergieanlagen, Kolonnen, Silos oder Tank- und Behälterbauten. Im allgemeinen erzeugen äußere Lasten dabei einen Spannungszustand, der eine Kombination von Axial-, Umfangs- und Schubspannungen darstellt. Wegen der Dünnwandigkeit ist das Beulen bzw. der Verlust der Stabilität ein wichtiges Versagenskriterium. Umfangreiche numerische Simulationen des Schalentragverhaltens und experimentelle Studien offenbaren Unzulänglichkeiten in der bisherigen Bemessungspraxis für kombinierte Beanspruchung in DIN 18 800-4 und Eurocode 3-1.6, die durch ein hier vorgeschlagenes, baupraktisches neues Nachweiskonzept beseitigt werden können. Dabei wurde ein neuartiges System von geometrischen Ersatzimperfektionen auf der Grundlage konstruktiver Gegebenheiten eingeführt, mit dem alle drei empirisch abgesicherten Basisbeulfall-Abminderungskurven rechnerisch reproduziert werden können, so daß ein fundierter Ausgangspunkt für rein numerisch basierte Beulsicherheitsnachweise zur Verfügung steht. Die damit errechneten GMNIA-Interaktionskurven (geometrisch und werkstofflich nichtlineare Analyse der imperfekten Struktur) konnten durch eine umfassende Sammlung von Versuchsdaten zur kombinierten Beanspruchung experimentell bestätigt werden. Die Ergebnisse dieser Studien gaben Anlaß zur Formulierung eines Vorschlags für ein neues baupraktisches, an DIN 18 800-3 angelehntes Nachweiskonzept. Wesentliche Eigenschaften sind ein schlankheitsabhängiger Kurvenverlauf, die Erfassung der elastisch-stabilisierenden Wirkung von Zugspannungen, die Erfassung plastisch-destabilisierender Einflüsse, die Abdeckung des Grenzfalls vollplastische Interaktion und die Stetigkeit der Kurvenverläufe bei konsistenter Behandlung aller denkbaren Beanspruchungskombinationen.