Beschreibung
P 732 – Einsatz von Stahlhohlplatten als Fahrbahn im Stahlbrückenbau Optimierung der Bemessung, Konstruktion, Herstellung und Unterhaltung zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Stahlbrücken
Im Vergleich zur orthotropen Fahrbahnplatte im Stahlbrückenbau weisen Hohlplatten, bestehend aus einem oberen und unteren Deckblech mit dazwischen liegenden Stegen, ein günstigeres Tragverhalten auf Grund einer höheren Quertragwirkung auf.
Eine kostengünstige Fertigung solcher Strukturen war bislang jedoch mit konventionellen Schweißverfahren nicht möglich. Mit Hilfe moderner Laserschweißverfahren können nunmehr Hohlplatten wirtschaftlich gefertigt werden. Diese werden bereits im Schiffbau als Baugruppen mit untergeordneter Tragfunktion und kleinen Querschnittabmessungen sowie geringen Blechdicken eingesetzt. Für den Einsatz der Stahlhohlplatten im Stahlbrückenbau gilt es, die vorhandenen theoretischen Grundlagen für die Tragwirkung auf die Anwendbarkeit mit entsprechenden Blechdickenbereichen, Querschnittsabmessungen und den Belastungsmodellen nach den DIN-Fachberichten zu überprüfen und für die Anwendung in der Praxis gegebenenfalls zu optimieren. Dabei sind die konstruktive Durchbildung, die Angaben zu Mindestfertigungsstandards sowie die Aussagen zur Inspektionsmöglichkeit im Zuge der routinemäßigen Prüfung von Fahrbahnen aus Stahlhohlplatten zu hinterfragen und Lösungsansätze bereitzustellen.
Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurde das Tragverhalten von Stahlhohlplatten mit Hilfe von zahlreichen experimentellen und theoretischnumerischen Untersuchungen analysiert. Dabei wurden sowohl Großbauteilversuche zur Ermittlung des Gesamttragverhaltens als auch Versuche an Plattenstreifen zur Verifizierung der Quertragwirkung sowie zahlreiche Kleinteilversuche zur expliziten Analyse der einzelnen Versagensmechanismen durchgeführt. Die ermittelten Ergebnisse dienten zur Überprüfung, Erweiterung und Optimierung vorhandener Bemessungsverfahren im Hinblick auf eine einfache Anwendung in der Ingenieurpraxis, so dass ein Bemessungskonzept für die im Stahlbrückenbau üblichen Querschnittsgeometrien und Belastungssituationen entwickelt werden konnte.
Im Ergebnis zeigt sich, dass Hohlplatten aufgrund ihrer Querschnittsgeometrie hohe statische Tragfähigkeiten aufweisen, die bei gleichzeitiger wirtschaftlicher Fertigung für die Verwendung in biegebeanspruchten Flächenkonstruktionen vorteilhaft sind. Untersuchungenzur Ermüdungsfestigkeit der relevanten lasergeschweißten Verbindung zwischen Deckblech und Steg wurden für die vorhandenen Blechdickenkombinationen durchgeführt. Dabei konnte festgestellt werden, dass die Ermüdungsfestigkeiten der derzeitigen Verbindungen für einen Einsatz von Stahlhohlplatten in dynamisch beanspruchten Konstruktionen nicht ausreichen. Für die Zukunft ist jedoch aufgrund der gesteigerten Laserleistungen zu vermuten, dass Verbesserungen bei der Ermüdungsfestigkeit erzielbar sind.
Für die Verbindung von Hohlplatten wurden weiterhin unterschiedliche Lösungen für die Anwendbarkeit im Stahlbrückenbau entwickelt und untersucht. Das aufgestellte Konzept wurde erfolgreich im Bauteilversuch überprüft. Die prinzipielle Inspizierbarkeit der geschlossenen Stahlhohlplatten wurde ergänzend im Zuge der Durchführung von Brückenprüfungen gemäß DIN 1076 analysiert und durch entsprechende Lösungsansätze sichergestellt.
Das IGF-Vorhaben 15024 N der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, wurde über
die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde an der Technischen Universität Dortmund vom Lehrstuhl Stahlbau und vom Lehrstuhl für Werkstofftechnologie durchgeführt.
Autoren:
D. Ungermann, O. Klostermann, P. Dissel, W. Tillmann, A.M. Osmanda, R. Zielke, G. Nüsse
Veröffentlichung:
2014
