Beschreibung
P 751 – Bestimmung der Tragfähigkeit von geschweißten T-Knoten aus kaltgeformten Hohlprofilen mit dreiecksförmigen Querschnitten
Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wird das Tragverhalten von T-Knoten mit Gurten aus dreieckigen Hohlprofilen und Streben aus rechteckigen (RHP) sowie dreieckigen Hohlprofilen untersucht. Neben der Knotentragfähigkeit werden auch architektonische und ökonomische Aspekte betrachtet. Triangular Hollow Sections (THS) sind neu entwickelte Querschnitte, bei denen Erkenntnisse zum Tragverhalten bislang ledigarelich auf sogenannten „Bird Beak“- und „Diamond Bird Beak“-Knoten aufgebaut werden konnten. Diese weisen zwar eine geometrische Ähnlichkeit auf, das Gurtprofil ist jedoch kein dreieckiges, sondern ein um 45° um die Längsachse gedrehtes, quadratisches Hohlprofil.
Auf Grundlage experimenteller und numerischer Untersuchungen, die in den 90-iger Jahren zu diesen Knotenformen durchgeführt wurden und auf Basis der Vorgehensweise, die zu den Bemessungsvorschriften der DIN EN 1993-1-8 von T-Knoten aus Rechteckhohlprofilen geführt haben, werden die experimentellen, numerischen und analytischen Untersuchungen für die neuartigen THS T-Knoten festgelegt. Ein numerisches Modell für THS T-Knoten wird für die Parameterstudien erarbeitet und anhand von Vorversuchen sowie mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen von Hohlprofilknoten aus RHP validiert. Basierend auf diesem Modell wird anschließend eine Parameterstudie durchgeführt.
Mit den numerischen Untersuchungen werden zum einen die maximalen Knotenwiderstände und zum anderen Knotenwiderstände basierend auf einem Deformationskriterium ermittelt. Das für Hohlprofilknoten allgemein anerkannte Deformationskriterium, welches den Knotenwiderstand bei einer maximalen Eindrückung von 3% der Gurtbreite b0 oder des -durchmessers d0 begrenzt, ist bei T-Knoten aus THS Gurten nicht anwendbar. Daher werden die numerischen Ergebnisse zusätzlich auf ein sinnvolles Deformationskriterium hin untersucht und schließlich eine maximale Eindrückung von 1% der Gurtprofilbreite b0 als Deformationskriterium vorgeschlagen. Für T-Knoten mit THS Gurten und RHP Streben werden zwei analytische Modelle angegeben. Für Streben, deren Flansche parallel zur Gurtlängsachse angeordnet sind, wird der Knotenwiderstand mit einem Fließlinienmodell ermittelt. Für Knoten mit um 45° um die Strebenlängsachse gedrehte Streben erfolgt die Ermittlung des Knotenwiderstands auf Grundlage eines Modells der mitwirkenden Breite, welches ebenfalls in DIN EN 1993-1-8 angewendet wird. Zusätzlich erfolgt ein Vergleich der numerisch und der analytisch ermittelten Knotenwiderstände. Neben den numerischen und den analytischen Untersuchungen werden auch experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Diese werden hinsichtlich des Knotenwiderstands, der Verformungen und der beobachteten Versagensmodi ausgewertet.
Um die ästhetischen sowie die wirtschaftlichen Aspekte von Tragwerken aus dreieckigen Hohlprofilquerschnitten zu untersuchen, werden Hallentragwerke mit zwei verschiedenen Fachwerkträgern und einem Vierendeel-System detailliert betrachtet. Die Bemessung erfolgt für Querschnitte aus Baustahl S355 als auch aus einem höherfesten Stahl S460. Auf Grundlage dieser Bemessungen wird die Wirtschaftlichkeit anhand der drei Kostenkategorien Materialverbrauch,
Schweiß- und Zuschnittarbeiten evaluiert. Es zeigt sich, dass die Verwendung von THS-Profilen wirtschaftliche Vorteile bringen kann.
Das IGF-Vorhaben 15379 N der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (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, am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine und an der Technischen Universität Dortmund vom Lehrstuhl für Entwerfen und Industriebau durchgeführt.
Autoren:
D. Ungermann, B. Brune, P. Dissel, S. Herion, O. Fleischer, W.A. Noebel, O. Schmidt
Veröffentlichung:
2014
