P 1067 – Festlegung von Zähigkeitshochlagenanforderungen an Stahl mit Hilfe hybrider schädigungsmechanischer Methoden

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Neben dem Sicherheitsnachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit, der mit der Grundannahme duktilen Werkstoffverhaltens geführt wird, erfordert der Tragfähigkeitsnachweis für Stahlbauten in Eurocode 3 zusätzlich die Stahlsortenwahl nach DIN EN 1993-1-10 bzw. DASt-RiLi 009, um Sprödbruch zu vermeiden. Die Stahlsortenwahl wird zusammen mit den Anforderungen aus dem Zugversuch auch als Gewährleistung für duktiles Werkstoffverhalten angesehen.

Als weiterer Zähigkeitsnachweis in der Hochlage existiert in Deutschland noch der Aufschweißbiegeversuch (AUBI) nach SEP 1390 zur Beurteilung des qualitativen Rissauffangvermögens des Stahlgrundwerkstoffs, welcher derzeit in der Regel für geschweißte Stahlkonstruktionen für Stahlsorten bis S355J2 bei Blechdicken größer 30 mm gefordert wird. Im Zuge der Harmonisierung Europäischer Normen wurde der AUBI jedoch nicht von den übrigen EU-Mitgliedsländern akzeptiert. Anstelle dessen wurde ein tieflagenorientiertes Ersatzkriterium eingeführt, indem die aus der moderneren Herstellungstechnologie resultierenden besseren Eigenschaften von Feinkornbaustählen zu Nutze gemacht werden.

In der Vergangenheit wurden Untersuchungen angestellt, den AUBI mit Kerbschlagergebnissen zu korrelieren; ein Unterfangen, das wegen seines stark empirischen Charakters nicht zur Zufriedenheit führte und im Ergebnis Fragen offen ließ. Die unbefriedigende Situation ist, dass der AUBI nur als spezieller Ersatzversuch für die Einhaltung einer besonderen Lieferbedingung herangezogen wird, jedoch aus werkstoffmechanischer Sicht als Hochlagenkriterium im Hinblick auf die Sicherheitsanforderungen an Tragwerke schwer begründbar und nur eingeschränkt verwendbar ist. Für den vermehrt geforderten Einsatz höherfester Stähle und abweichender Geometrieformen wurde er ohnehin nicht konzipiert.

In den europäischen Produktnormen wird die Zähigkeit unter dem Kerbschlagbiegeversuch abgefragt. Es besteht daher der Wunsch, auch die restlichen Bereiche, für die in Deutschland nach wie vor der AUBI gefordert ist, mit Formulierungen von Mindestwerten aus dem Kerbschlagbiegeversuch, insbesondere für die Hochlage, abzudecken. Dies bezieht sich sowohl für Bereiche bis S355J2 als auch für höherfeste Stähle und andere Erzeugnisformen auf Basis der Nennwerte der Werkstoffe.

Hier setzt das vorliegende Forschungsvorhaben an. Es werden innovative wissenschaftliche Methoden auf Grundlage von hybriden schädigungsmechanischen Modellen herangezogen, die die numerisch gestützte Simulation des AUBIs sowohl unter Berücksichtigung der Versagensform Spaltbruch (Tieflage) als auch Zähbruch (Hochlage) erlauben. Im Ergebnis konnte dadurch die Korrelation der Zähigkeitshochlage des Kerbschlagbiegeversuchs mit dem AUBI durchgängig für alle Stahlsorten und Dicken gezeigt und zahlenmäßig bestimmt werden. Damit ist ein generelles Kriterium geschaffen worden, das die werkstofflichen und Erzeugnisform bezogenen Restriktionen des AUBI überwindet.

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Beschreibung

Institut für Stahlbau, RWTH Aachen University
Prof. Dr.-Ing. Markus Feldmann,
Sandro Citarelli M.Sc.


Institut für Eisenhüttenkunde, RWTH Aachen University
Prof. Dr.-Ing. Sebastian Münstermann
Markus Könemann M.Sc.