P 137 – Bewertung bruchmechanischer Versagenskonzepte im Hinblick auf eine zuverlässige Vorhersage des Bauteilverhaltens

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Beschreibung

P 137 – Bewertung bruchmechanischer Versagenskonzepte im Hinblick auf eine zuverlässige Vorhersage des Bauteilverhaltens

Nach dem heutigen Stand der Regelwerke für den Stahlbau (Eurocode 3, /1/) ist die Verwendung hochfester Stähle mit Streckgrenzen über 450 N/mm stark eingeschränkt oder ausgeschlossen. Ursache hierfür sind die herkömmlichen Beurteilungskriterien und Sicherheitsphilosophien.
Zur Beurteilung des Versagensverhaltens von Bauteilen sind jedoch in den letzten Jahrzehnten mehrere Konzepte entwickelt worden, die auf bruchmechanische Ansätze zurückgreifen und damit eine Quantifizierung des Bauteilverhaltens ermöglichen. Diese Verfahren haben bisher keinen Eingang in Bemessungsvorschriften für den Stahlbau gefunden und sollen im Rahmen dieses Forschungsvorhabens auf ihre Anwendbarkeit hin überprüft werden. Es soll weiterhin im Rahmen dieses Forschungsvorhabens gezeigt werden, ob eine bruchmechanische Bewertung von Werkstoff- und Bauteilverhalten Vorteile für die Anwendung hochfester Stähle liefern kann. Die Ergebnisse sollen dazu anregen, die derzeit gültigen Regelwerke zu überdenken und gegebenenfalls bruchmechanische Methoden als Basis für die Beurteilung des Versagensverhaltens von Werkstoffen und Bauteilen heranzuziehen, so daß die hochfesten Stähle mit in die Regelwerke einbezogen werden können.
Über die durchgeführten Forschungsarbeiten möchten wir kurz folgendes ausführen:
Untersucht wurden Grundwerkstoff und Schweißverbindung von jeweils zwei Stählen unterschiedlicher Zähigkeit der Güten StE 355, StE 460, StE 690 sowie eines St 37-3 und X8 Ni9.
Ausgangsuntersuchungen zur Eignung dieser Werkstoffe erfolgten über Zug- und Kerbschlagbiegeversuche. Zur Überprüfung der bestehenden bruchmechanischen Versagenskonzepte wurden Versuche mit bauteilähnlichen Großzugproben bei – 20 “ C durchgeführt (- 160 ° C für X8 Ni9). Diese Proben wurden mit Mittenfehlern versehen mit Fehlerlängen, die nach Eurocode 3 (Entwurf 1983) für zugbeanspruchte Konstruktionen gerade noch zulässig sind und auch mit einer deutlich größeren Fehlerlänge.
Die bruchmechanischen Untersuchungen wurden hinsichtlich der Zähigkeitseigenschaften im Grundwerkstoff und in der WEZ durch die Großzugversuche bestätigt.
Eine Bewertung der Ergebnisse der Großzugversuche mit bruchmechanischen Konzepten führte zu sicheren Abschätzungen des Versagensverhaltens der Großproben, wobei bei Anwendung von Finite-Elemente-Rechnungen zur Ermittlung der bruchmechanischen Beanspruchung zwischen Vorhersage und Experiment die geringsten Abweichungen auftraten. Das vereinfachte Traglastmodell des Eurocode 3 läßt sich aufgrund der Versuchsergebnisse auf Zugstäbe aus hochfesten Stählen anwenden und eröffnet die Möglichkeit mit hochfesten Stählen wirtschaftlich zu konstruieren und zu bauen.
STUDIENGESELLSCHAFT FÜR ANWENDUNGSTECHNIK VON EISEN UND STAHL e.V.

Veröffentlichung:
1990

Autoren:
Prof. Dr. rer. nat. W. Dahl, Dipl.-Ing. R. Hubo, Dr.-Ing. B. Müsgen, Dr. rer. nat. H.-J. Kaiser, Prof. Dr.-Ing. G. Sedlacek, Dr.-Ing. J. Bild