Ermüdung von Hohlprofilkonstruktionen im Brückenbau: Fid-Bau Portal

Ermüdung von Hohlprofilkonstruktionen im Brückenbau

Nussbaumer, A. / Schumacher, A.

Bei der Bemessung einer Brücke aus Stahlhohlprofilen ist für die Profilabmessungen der Ermüdungsfestigkeitsnachweis maßgebend. Die aktuellen Berechnungsnormen erlauben jedoch für diesen Bauwerkstyp keine optimale Ermüdungsbemessung. Um die vermehrte Realisierung von Brücken aus Hohlprofilen zu fördern, wurden im Rahmen einer experimentellen und analytischen Forschungsarbeit, die z.Z. am Institut für Stahlbau (ICOM) der ETH Lausanne (EPFL) läuft, zugeschnittene Bemessungsregeln entwickelt. Dabei wurde angestrebt, diese kompatibel zu den für andere Industriezweige entwickelten und heute auch in der Bauwirtschaft verwendeten Konzepten zu gestalten. Untersucht wurden dabei Fachwerkträger aus runden Hohlprofilen mit geschweißten, K-förmigen Rohrknoten. Im Beitrag werden dazu die Versuche präsentiert, die Ergebnisse diskutiert und zudem theoretische Überlegungen zu den relevanten Bemessungsregeln sowie zum Einfluß der Steifigkeit der Knoten und der Profilabmessungen angestellt. Die bisher durchgeführten Untersuchungen zeigen: (1) Die Ermüdungsfestigkeit von K-förmigen Knoten aus Rundhohlprofilen (CHS) muß mit dem Konzept der Schwingbreite, der Strukturspannung und einer Serie von Ermüdungskurven (S(HS) - N) beschrieben werden. (2) Es müssen brückenspezifische Bemessungsregeln entwickelt werden, weil die empirischen Formeln des CIDECT nicht einfach auf diesen Bauwerkstyp übertragen werden können. (3) Die Richtung der Rißausbreitung entspricht weitgehend der Hauptspannungsrichtung im Grundmaterial im Bereich der maximalen Strukturspannung, die beispielsweise mit einer FEM-Simulation berechnet werden kann. Allgemeinere Überlegungen zum Ermüdungsverhalten von Brücken aus Hohlprofilen ermöglichen zudem die folgenden Feststellungen: (4) Die Steifigkeit der Anschlüsse eines Hohlprofiltragwerks führt zu einer inneren Redundanz und diese zu einer Umlagerung der Kräfte, womit ein Versagen ohne vorherige Ankündigung vermieden und die Rißausbreitung verlangsamt wird. (5) Der Maßstabseffekt sollte gemeinsam mit der Definition einer für die Ermüdungsfestigkeit von Hohlprofilknoten maßgebenden Schwingbreite in einem einheitlichen Konzept behandelt werden.