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Beulsicherheit schalenartiger Stahlkonstruktionen aus austenitischen Stählen bei erhöhten Temperaturen am Beispiel axial gedrückter Kreiszylinderschalen. Schlussbericht
Bauforschung, Band T 2929Herbert Schmidt, Kirsi T. Hautala
Univ. Essen, Fachgebiet Stahlbau
2000, 106 S., Abb.,Tab.,Lit.
Fraunhofer IRB Verlag
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Inhalt
Austenitische, rostfreie Stähle werden zunehmend beim Bau von Chemieanlagen, Behältern und Kraftwerken eingesetzt. Rauchgas führende Innenrohre von Doppelmantelschornsteinen sind für Betriebstemperaturen bis zu 500 °C auszulegen. Für schalenartige Bauteile aus austenitischem, nicht rostendem Stahl, die solch hohen Temperaturen ausgesetzt sind, gibt es keine speziellen Vorschriften zum Sicherheitsnachweis gegen Schalenbeulen. Deshalb erfolgten numerische Grenzlastanalysen sowie 43 Beulversuche an axial gedrückten Modellkreiszylindern. Versuchsparameter waren die Stahlsorte, die Betriebstemperatur und die Schalenschlankheit. Im Ergebnis der Versuche und der 6 000 Finite-Elemente-Beulanalysen an baupraktisch imperfekten Kreiszylinderschalen liegen Näherungsformeln vor. Sie dienen der Ermittlung des von der Temperatur und Schlankheit abhängigen Edelstahl-Beulreduktionsfaktors. Mit diesem ist die Bemessungsbeulspannung des jeweiligen Regelwerks für allgemeine schalenförmige Stahlbauten zu reduzieren. Das Nachweisverfahren verzichtet auf fiktiv reduzierte Elastizitätsmoduli wie sie DIN 4133:1991-11 »Schornsteine aus Stahl« angibt und ist auf alle austenitischen, nicht rostenden Stähle bei Temperaturen bis 500 °C anwendbar. Es scheint vertretbar zu sein, die Nachweisprozedur auch bei den Stabilitätsfällen »Schalenbeulen unter Umfangsdruck« und »Schalenbeulen unter Torsion« anzuwenden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
2 Experimentelle Untersuchungen 3
2.1 Beulversuchsprogramm 3
2.2 Werkstoffeigenschaften der verwendeten Bleche 4
2.3 Geometrie der Versuchskörper 7
2.4 Durchführung der Beulversuche 8
2.5 Ergebnisse der Beulversuche 10
3 Numerische Parameterstudie 13
3.1 Zielsetzung, Umfang, eingesetztes Computerprogramm 13
3.2 Modellierung der Werkstoffeigenschaften 13
3.3 Modellierung der Imperfektionen 14
3.4 Durchführung der Parameterstudie 14
3.4.1 Vorberechnungen 15
3.4.2 Parameterstudie für Raumtemperatur 18
3.4.3 Parameterstudie für erhöhte Temperatur 20
3.5 Ergebnisse der Parameterstudie 20
4 Vergleiche zwischen experimentellen und rechnerischen Ergebnissen 23
4.1 Numerische Vergleichsberechnungen zu den Beulversuchen 23
4.2 Vergleiche zwischen experimentellen und Regelwerk-Beullasten 27
5 Schlussfolgerungen für die Bemessungspraxis 33
6 Zusammenfassung und Ausblick 36
Literatur
Stahlbau, Stahlkonstruktion, Stahl(austenitisch), Stahl(nichtrostend), Stahl(warmfest), Beulen, Beulsicherheit, Schale, Stahlschale, Kreiszylinderschale, Schornstein, Stahlschornstein, Stahl(rostfrei), Versuch, Imperfektion, Zylinderschale, Beulversuch, Parameterstudie, Temperatur, Bemessung, Berechnung, Edelstahl,
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Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.
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