Beschreibung
P 816 – Optimaler Einsatz von Hohlprofilen und Gussknoten im Brückenbau aus Stahl S355 bis S690
Räumlich aufgelöste Fachwerkkonstruktionen aus Stahlhohlprofilen finden aufgrund ihrer konstruktiven und gestalterischen Vorteile insbesondere im Brückenbau immer größeren Zuspruch. Der Bau von Brücken aus Hohlprofilen wird jedoch dadurch erschwert, dass die zum Einsatz kommenden Profilabmessungen außerhalb der aktuellen Bemessungsregeln liegen. Diese beruhen im Wesentlichen auf Versuchen mit kleineren Wanddicken sowie auf Forschungsergebnissen aus der Offshore-Industrie mit deutlich größeren Profilschlankheiten. Für eine verstärkte Anwendung der Bauweise und für eine effizientere Realisierung von Brückenbauwerken mit Stahlhohlprofilen, sind somit speziell auf diesen Bauwerkstyp zugeschnittene Bemessungsregeln erforderlich, die die Profile mit großer Wanddicke und geringer Schlankheit einschließen.
In einem ersten Forschungsprojekt zu dieser Problemstellung wurden bereits stumpf gestoßene, einseitig geschweißte Verbindungen sowie K-Knoten aus warmgewalzten nahtlosen Hohlprofilen und Bauteilen aus Stahlguss untersucht. In dem vorliegenden Forschungsprojekt wurden diese Arbeiten fortgesetzt und um weitere Werkstoffe bis zur Stahlsorte S690 und Wanddicken bis 40 mm ergänzt. Damit konnten die bereits gewonnenen bemessungsrelevanten Ergebnisse für Bauteile aus Stahlguss und deren Anschlüsse an Stahlhohlprofile auf eine breitere statistische Basis gestellt werden. Neben den Verbindungen aus Stahl und Stahlguss an einzelnen Stumpfstößen wurden auch Stumpfstöße in kompletten Trägern untersucht. Zusätzlich konnten Reparaturschweißungen an bereits versagten Bauteilen vorgenommen werden, die letztendlich eine Verlängerung der Lebensdauer ermöglichten. Aufgrund der vergleichbaren Werkstoffeigenschaften können die gewonnenen Ergebnisse auch auf reine Stahl-Stahl-Verbindungen übertragen werden. FE-Untersuchungen zum Wanddickeneinfluss und zum Versatz wurden ergänzend durchgeführt, ebenso wie detaillierte Eigenspannungsmessungen und Schweißsimulationen an K-Knoten. Abschließend konnte eine erste Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für die unterschiedlichen Konstruktionsvarianten vorgenommen werden. Die Diskussion der gestalterischen Wirkung und des Einflusses ingenieur-architektonischer Aspekte rundet die Gesamtbetrachtung ab und zeigtdem Anwender Möglichkeiten für eine kosteneffiziente Herangehensweise in der Planung.
Für die praktische Anwendung und zur Umsetzung in Normen und Richtlinien wurden die untersuchten Details entsprechend des Kerbfallkatalogs der DIN EN 1993 aufbereitet und Kerbklassen für brückenbautypische Stumpfnahtdetails verschiedener Ausführungsvarianten sowohl für Biegebeanspruchung als auch für Zugbeanspruchung erarbeitet. Dabei hat sich für zugbeanspruchte Stumpfstöße die Kerbklasse 71 als maßgebend für alle Varianten herausgestellt. Bei Stößen unter Biegebeanspruchung kann die Einteilung je nach Ausführungsvariante in die Klassen 100 bzw. 112 erfolgen. Zusammen mit den durchgeführten Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen kann so eine effiziente und versuchstechnisch abgesicherte Auswahl einer für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneten Anschlussvariante vorgenommen werden. Die erzielten Ergebnisse runden damit die bisherigen Forschungsarbeiten ab und stellen eine für die Praxis inhaltlich notwendige Ergänzung dieser dar.
Das Forschungsvorhaben wurde an der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine, Karlsruher Institut für Technologie KIT, der KoRoH GmbH Kompetenzzentrum Rohre und Hohlprofile, dem Büro für Ingenieur-Architektur und dem ICOM Steel Structures, École Polytechnique Féderale de Lausanne EPFL mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt.
Autoren:
T. Ummenhofer, S. Herion, M. Veselcic, R. J. Dietrich, A. Nussbaumer, F. Zamiri
Veröffentlichung:
2014
