Beschreibung
P 859 – Bestandsbewertung von Stahlbauwerken mithilfe zerstörungsfreier Prüfverfahren
Das Ziel des Forschungsvorhabens war die Bestimmung der vorhandenen Spannungen in belasteten Trägern mittels Ultraschalllaufzeitmessungen und die Bestimmung der unbekannten Streckgrenzen von Baustählen mittels mikromagnetischer Prüfverfahren.
Die hohe Zahl an zukünftig notwendigen Ertüchtigungen von Bestandsbauwerken bedeutet eine große Herausforderung für Planungsbüros und Bauunternehmen. Gelingt es, den Nachweis für eine möglichst lange weitere Nutzung der Bauwerke zu erbringen, minimiert dies den Ressourcenverbrauch und schont Menschen und Umwelt. Die Klärung der Tragreserven sowie des tatsächlichen Lastabtrags haben dabei erheblichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit und die technischen Möglichkeiten einer langen Bauwerksnutzung. An Stahlträgern unterschiedlichen Alters, unterschiedlicher Qualität und unterschiedlicher Materialeigenschaften wurden durch standardisierte Zugversuche die Streckgrenzen bestimmt. Außerdem wurden an ihnen mikromagnetische Messungen durchgeführt und die daraus erhaltenen Ergebnisse mit den Referenzwerten aus den Zugversuchen verglichen. Über eine Kalibrierfunktion besteht die Möglichkeit, Streckgrenzen zu bestimmen.
In Laborversuchen wurden an belasteten sowie an unbelasteten Stahlträgern verschiedener Hersteller und verschiedener Produktionsjahre Änderungen der Ultraschalllaufzeiten untersucht. Dabei wurde ein Kalibrierfaktor zur Umrechnung der Ultraschalllaufzeiten in Spannungswerte bestimmt und die vorhandenen Spannungen in Längsrichtung ermittelt. Zur Ermittlung der Schubspannungen im Steg wurde ein Algorithmus zur Beschreibung des Textureinflusses aus dem Walzprozess auf die Laufzeiten entwickelt. Damit lässt sich der Längsspannungsverlauf in den Flanschen sowie der Schubspannungsverlauf ermitteln. Die Messdaten weisen Streuungen auf und können Messfehler enthalten. Ein weiterer Algorithmus zur Auswertung der Messdaten wurde entwickelt, umaus dem Datensatz alle fehlerhaften Messwerte zu eliminieren, welche die Ergebnisse verfälschen. Darüber hinaus wird der Längsspannungsverlauf zusätzlich geglättet, wofür auf die nichtparametrische Zeitreihenanalyse zurückgegriffen wurde.
Im Ergebnis konnte gezeigt werden, dass mit dem ermittelten Beanspruchungszustand und dem auf die Streckgrenze bezogenen Tragwiderstand die vorhandenen Resttragfähigkeiten bestehender Bauwerke bestimmt werden können und damit notwendige Ertüchtigungen gezielt wirtschaftlich und ressourcenschonend durchgeführt werden können.
Das IGF-Vorhaben 466 ZN 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 vom Fachbereich Bauingenieurwesen, Fachgebiet Stahlbau und vom Fachbereich Mathematik, Lehrgebiet Statistik der TU Kaiserslautern sowie vom Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP, Saarbrücken, durchgeführt.
Autoren:
W. Kurz, C. Fox, M. Doktor, R. Hanke, M. Kopp, T. Schwender
Veröffentlichung:
2016
