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REFRESH - Lebensdauerverlängerung bestehender und neuer geschweißter Stahlkonstruktionen

Ummenhofer, Thomas / Herion, Stefan / Rack, Stefan / Weich, Imke / Telljohann, Gerd / Dannemeyer, Sven / Strohbach, Holger / Eslami-Chalandar, Hamdollah / Kern, Anne Kathrin / Pinkernell, Dietmar / ... [more]

Abstract

In den letzten Jahren hat die Bedeutung der Lebensdauer von Bauwerken neben der Optimierung des Konstruktionsgewichts zur Reduzierung der Herstellungskosten an Bedeutung gewonnen. Entscheidend für die Lebensdauer zyklisch beanspruchter geschweißter Stahlkonstruktionen sind hoch beanspruchte Schweißnahtdetails. Durch eine Anhebung der Ermüdungsfestigkeit dieser Kerbdetails kann die Lebensdauer der Gesamtkonstruktion verlängert werden. Dies kann durch eine Nachbehandlung der Schweißnähte mit verschiedenen Methoden geschehen. Während im Bauwesen bislang einzig das Beschleifen der Schweißnähte eingesetzt wird, werden in anderen Branchen bereits Verfahren wie das Kugelstrahlen oder das Verfestigen erfolgreich angewendet. Eine Vielzahl von Veröffentlichungen zeigt die positive Wirkung von gezielt genutzten Schweißnahtnachbehandlungsmethoden. Neuere Untersuchungen bestätigen dabei die besondere Wirkung höherfrequenter Hämmerverfahren. Voraussetzung für eine breite Einführung von lebensdauerverlängernden Maßnahmen, insbesondere im Bauwesen ist, dass neben der reinen Anwendung der Verfahren zur Lebensdauerverlängerung bestehender und neuer Stahlkonstruktionen, Verfahren zur Berechnung und Quantifizierung der erzielbaren Effekte sowie entsprechende Qualitatssicherungssysteme bereitgestellt werden müssen. Einsatzmöglichkeiten, Auswirkungen sowie Grenzen der Verfahren müssen auf der Basis umfassender statistisch abgesicherter Untersuchungen als Stand der Technik anerkannt sein und Bestandteil entsprechender Richtlinien werden. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden umfangreiche Untersuchungen zur Wirkungsweise und Wirksamkeit der höherfrequenten Hämmerverfahren durchgeführt. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen zeigen, dass die positive Wirkung der höherfrequenten Hämmerverfahren, HiFIT und UIT, auf den durch die plastische Verformung des Nahtübergangs erzeugten Druckeigenspannungen und Randschichtverfestigungen beruht. Die Rissinitiierungsphase wird verlängert und die Rissfortschrittsphase durch Rissschließeffekte verzögert, so dass die experimentell ermittelte Ermüdungsfestigkeit um 80 bis 100 Prozent gegenüber einer unbehandelten Schweißnaht erhöht wird. Dieselbe Verbesserung wird bei vorgeschädigten makrorissfreien Schweißnähten erzielt. Als Ergebnis des Vorhabens (REFRESH) steht ein ganzheitliches Konzept, das sowohl Qualitätsanforderungen sicherstellt als auch Bemessungsvorschriften bereitstellt.