Thermisch hoch beanspruchte Tragwerke: Spannungskategorisierung unter Einschluß thermischer Wirkungen: Fid-Bau Portal

Thermisch hoch beanspruchte Tragwerke: Spannungskategorisierung unter Einschluß thermischer Wirkungen

Hellmann, Karl / Krätzig, Wilfried B.

Thermische Einwirkungen spielen beim üblichen konstruktiven Ingenieurbau zwar eine wichtige, aber selten eine die Tragsicherheit dominierende Rolle. Vorhandene Spannungskategorisierungen unterteilen dabei die mechanische Lastspannungen hinreichend genau in primäre Spannungen, sekundäre Spannungen und Spannungsspitzen. Hingegen werden thermisch verursachte Spannungen nur als Sekundärspannungen bzw. als Spannungsspitzen eingeordnet. Ergänzend zu zu dieser Klassifizierung werden im Beitrag dual zu mechanischen Primärspannungen - durch von außen einwirkende Kraftgrößen - primäre thermische Spannungen (thermomechanische Spannungen) - durch von außen einfließende instationäre Wärmeströme - berechnet und klassifiziert. Die Ausführungen basieren dabei auf Beobachtungen von Schäden an Stahlbauten, die zusätzlich zu mechanischen Beanspruchungen erheblichen thermischen Einwirkungen ausgesetzt waren. Dazu werden als Beispiel Ankerständer von Kokereiöfen betrachtet. Die dabei entstandenen Schäden reichten, trotz einer nach dem Stand der Technik erfolgten Dimensionierung, von unkontrolliert großen Deformationen bis hin zu stark verkürzten technischen Lebensdauern infolge von Rißbildungen. Die analysierten Schäden zeigen, dass auftretende thermische Spannungen durch falsche Klassifizierung in ihrer Bedeutung fehlinterpretiert wurden. Um thermomechanische Spannungen korrekt zu erfassen, müssen bei FE-Analysen alle Stabelemente über die Stabhöhe hinreichend fein diskretisiert werden. Dies erfolgt durch die Spannungskategorisierung unter Einschluss thermischer Wirkungen und Spannungsbegrenzung mittels geeigneter Sicherheitsfaktoren.