Weiterentwicklung der Kerbfallklassen nach EC3 für nichtgeschweißte Konstruktionsdetails unter Ansatz der synthetischen Wöhlerlinie unter Berücksichtigung stahlbaulicher Fertigungspraxis

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Kernthesen

  • Die Werkstofffestigkeit als eine wesentliche Einflussgröße auf den Ermüdungswiderstand eines nichtgeschweißten Konstruktionsdetails kann als Eingangsgröße bei der Festlegung einer Kerbfallklasse nach dem Eurocode 3 in Ansatz gebracht werden.
  • Eine Berücksichtigung der stahlbautypischen Fertigungspraxis bei der Definition des Ermüdungswiderstandes für den Nachweis nach dem Nennspannungskonzept ist möglich.
  • Eine rein analytische Bestimmung des Ermüdungswiderstandes mittels des Ansatzes der synthetischen Wöhlerlinie ist möglich.

Zusammenfassung

Der Nachweis der Ermüdungsfestigkeit ist immer dort notwendig, wo Bauteile über ihre Lebensdauer zyklische Lasteinwirkungen erfahren. Der Nachweis erfolgt im Bereich des Stahlbaus i. d. R. nach dem Nennspannungskonzept. Dies ist eine leistungsfähige Nachweismethode, insbesondere für die Bemessungspraxis in Ingenieurbüros, aber auch für die iterative Bemessung im Bereich von Tragstrukturen für WEA oder Brückenbauwerke.

Die Anwendung dieses Konzeptes setzt einen abgesicherten Widerstandswert in Form einer Kerbfallklasse für ein Konstruktionsdetail voraus, in dem alle Einflüsse aus Bauteilgestalt und Mittelspannungsniveau sowie ausführungsseitige Einflussgrößen (u. a. Kantenbearbeitung, Loch- und Randabstände in geschraubten Verbindungen) enthalten sind.

Dies stellt für viele geschweißte Bauteile eine zuverlässige Vorgehensweise dar. Für geschraubte Verbindungen oder gelochte Bauteile liegen ebenfalls Kerbfallklassen nach DIN EN 1993-1-9 vor, die sicher, aber z. T. konservativ angewendet werden müssen. Eigene aktuelle Forschungsergebnisse zeigen entsprechendes Potential nach diesem Konzept des Eurocode 3 auf.

Im Zuge des Forschungsvorhabens sollen eine Reihe von nichtgeschweißten Konstruktionsdetails untersucht werden, die zu einer entsprechenden Weiterentwicklung des Nachweises der Ermüdungsfestigkeit nach dem Eurocode 3 führen soll. Dabei steht der Ansatz der synthetischen Wöhlerlinie im Fokus, welcher es erlaubt verschiedenen Eingangsgröße direkt im Nachweis zu erfassen.


Darstellung des Nutzens für KMU

Im Bauhauptgewerbe mit seinen fast 80.000 Betrieben gehört auch der in diesem Forschungsvorhaben adressierte Stahlbau. In dieser Branche finden sich neben den verarbeitenden und ausführenden Unternehmen auch Ingenieurbüros, Architekten und Tragwerksplaner sowie Gutachter und beratende Unternehmen wieder.

Voraussetzung für den Fortbestand der Wirtschaftskraft dieser Branche ist das Vorhandensein von leistungsfähigen sowie innovativen und dennoch ressourceneffizienten Produkten. Zudem ist eine Kostenreduzierung vor dem Hintergrund aktueller Entwicklungen, die mit immens steigenden Baukosten einhergehen, auch volkswirtschaftlich und gesellschaftlich gefordert.

Das angestrebte Forschungsvorhaben soll dazu beitragen, dass eine Öffnung der bestehenden Bemessungsregeln des EC3 Teil 1-9 nicht wie bisher durch umfangreiche experimentelle Untersuchungen nachgewiesen werden muss, sondern durch die Forschungsergebnisse gewonnenen Erkenntnisse ermöglicht wird. Dies soll durch die Berücksichtigung von signifikanten Einflussgrößen auf die Ermüdungsfestigkeit (Werkstofffestigkeit, Rauigkeiten usw.) nichtgeschweißter Konstruktionsdetails bei stahlbautypischer Fertigungspraxis geschehen und gleichzeitig eine sichere Bemessung ermöglichen.

Die Projektergebnisse sollen dafür nach Abschluss des Vorhabens kurzfristig Zulassungs- und Zertifizierungsvorhaben erleichtern sowie mittel- bis langfristig durch aktive Mitarbeit der Forschungseinrichtungen und PA-Unternehmen in die Eurocode 3 Normung einfließen. Dies trägt dazu bei, dass die überwiegende Zahl an KMU in Form von Konstruktionsbüros sowie planenden und ausführenden Unternehmen ihre Wettbewerbsfähigkeit erhöhen, ohne dabei nennenswerte finanzielle Aufwendungen erbringen zu müssen.


Projekt:

FOSTA VP 1665, IGF 22531 BG

Referent: Prof. Dr.-Ing. Ralf Glienke, Hochschule Wismar, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Bereich Maschinenbau/Verfahrens- und Umwelttechnik


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