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Ermittlung geometrischer Ersatzimperfektionen für Verbundstützen mit hochfesten Stählen

Bauforschung, Band T 2970
G. Hanswille, R. Bergmann
HRA Ingenieurgesellschaft mbH, Bochum
2002, 110 S., Abb.,Tab.,Lit.
Fraunhofer IRB Verlag

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Kurzbericht [PDF] deutsche Version

Inhalt

Mit Erarbeitung der neuen deutschen Verbundbaunorm EDIN18800 Teil 5 (1999) wurde gegenüber DIN 18806:1984 und DINV ENV1994-1-1 ein modifiziertes Bemessungskonzept für Verbundstützen auf der Grundlage der Elastizitätsthorie II. Ordnung eingeführt. Dieses Bemessungsverfahren ist zwischenzeitlich auch in den Entwurf der EN-Fassung des Eurocode 4-1-1 aufgenommen worden, da es im Vergleich zu dem in DIN 18806 enthaltenen Bemessungsverfahren auf der Grundlage des Ersatzstabverfahrens insbesondere bei seitlich verschieblichen Rahmentragwerken Vorteile bietet. Im neuen Bemessungsverfahren wird der Imperfektionseinfluss nicht mehr indirekt über das Querschnittsinteraktionsdiagramm erfasst, sondern direkt in Abhängigkeit vom Querschnittstyp und der entsprechenden Versagensachse durch geometrische Ersatzimperfektionen erfasst. Für Verbundstützen mit Profilen der Stahlgüten S235 und S355 wurden die geometrischen Ersatzimperfektionen, die den Einfluss der geometrischen und strukturellen Imperfektionen abdecken, in mehreren Forschungsvorhaben ermittelt. Bei hochfesten Stählen ist der Frage nachzugehen, ob die den vereinfachten Bemessungsverfahren zugrundliegende vollplastische Querschnittsinteraktionskurve weiterhin verwendet werden kann, da sich bei Stützen aus hochfesten Stählen relativ große Bereiche im Stahlquerschnitt ergeben, die nicht plastizieren. Mit der nun vorliegenden Untersuchung ist es möglich, Verbundstützenquerschnitte mit hochfestem Stahl in Bezug auf ihre Einordnung in die Knickspannungskurven und in Hinblick auf den Nachweis unter kombinierter Normalkraft- und Momentenbeanspruchung zu beurteilen. Im Vergleich zu Verbundstützen mit Stahlprofilen aus S235 und S355 ist bei der Einstufung in die Knickspannungskurven und bei der Festlegung der geometrischen Ersatzimperfektionen keine Änderung erforderlich. Beim Nachweis für Druck und Biegung muss jedoch der Reduktionsfaktor bei hochfesten Stählen von 0,9 auf 0,8 reduziert werden.

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 1
2 Grundlagen der durchgeführten Untersuchungen 2
3 Einordnung in Knickspannungskurven und geometrische Ersatzimperfektionen 3
4 Einfluss des hochfesten Stahls bei Druck und Biegung 8
5 Zusammenfassung 12
Anhang I
Vergleich der Berechnungsergebnisse mit den Knickspannungskurven bei zentrischer Beanspruchung
Anhang II
Vergleich des Näherungsverfahrens nach EDIN 18800-5 und prEN 1994-1-1 mit der exakten Berechnung bei Beanspruchung durch Normalkräfte und Biegemomente für r=1 .0
Anhang III
Vergleich des Näherungsverfahrens nach EDIN 18800-5 und prEN 1994-1-1 mit der exakten Berechnung bei Beanspruchung durch Normalkräfte und Biegemomente für r=0
Anhang IV
Vergleich des Näherungsverfahrens nach EDIN 18800-5 und prEN 1994-1-1 mit der exakten Berechnung bei Beanspruchung durch Normalkräfte und Biegemomente für r=-1

Publikationslisten zum Thema:
Stahl(hochfest), Ersatz, Imperfektion, Verbundstütze, Verbundbauart, Stütze, Knicken, Knickspannung, Druck, Biegung, Reduktionsfaktor,

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G. Hanswille, R. Bergmann
Ermittlung geometrischer Ersatzimperfektionen für Verbundstützen mit hochfesten Stählen
Bauforschung, Band T 2970
2002, 110 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

Joachim Lindner, R. Vieto
Stützen mit Kontaktstößen. Abschlußbericht
Bauforschung, Band T 2656
1993, 170 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

Die Übertragung von Druckkräften durch Kontakt ist im Stahlhochbau üblich und bewährt. Kontaktstöße werden dabei überwiegend bei langen Sützen ausgeführt. Da ein Teil der Druckkraft direkt durch Kontakt übertragen werden kann, ist der Umfang der Schweißarbeiten erheblich geringer, als wenn der Kontakt nicht ausgenutzt wird. Andererseits ist mit Kontaktstößen aber ein größerer Aufwand bezüglich der Genauigkeit bei der Fertigung verbunden, wenn die Kontaktflächen besonders bearbeitet werden. In der Praxis werden jedoch vielfach auch Kontaktflächen ohne besondere Bearbeitung verwendet, weshalb diese den hier durchgeführten Untersuchungen zugrunde liegen. Bei 4 Versuchen wurde zusätzlich ein kleines Endbiegemoment aufgebracht. Bis auf 2 Stützen hatten alle Stützen einen Kontaktstoß in Feldmitte oder im Viertelspunkt. Die Kontaktflächen waren dabei nicht speziell bearbeitet. Da die Tragfähigkeit der auf Kontakt gestoßenen Stützen sehr stark von dem am Stoß auftretenden Knickwinkel beeinflußt wird, wurden umfangreiche Messungen zur Ermittlung dieser Knickwinkel durchgeführt. Weiterhin wurden näherungsweise Traglastberechnungen durchgeführt, die unter Berücksichtigung der vorhandenen Meß- und Einbaugenauigkeiten die Versuchsergebnisse befriedigend bestätigten.

Rohraufweitungs-Lastdosierer
Bauforschung, Band T 2306
1991, 72 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

Lastdosierer sind Konstruktionselemente, welche die auf sie einwirkende Druckkraft auf die sogenannte Ansprechlast begrenzen, indem sie sich unter dieser Last verkürzen. Eingebaut in Traggliedern, z.B. knickgefährdeten Druckstäben, sollen Lastdosierer diesen Duktilität verleihen und Traggliedern vor Erreichen der Traglast dadurch schützen, daß eine Umlagerung der Lasten und Schnittgrößen innerhalb des Tragwerkes stattfindet. Lastdosierer sollen diese gefahrlose "Lastumlagerung" ermöglichen. Ziele des Forschungsvorhabens sind: - Ansprechlast des Lastdosierers anzuheben, - Grenzzustände der Funktionstauglichkeit zu definieren, - geometrische und Werkstoffparameter und deren Einflüsse auf Ansprechlasten zu charakterisieren, - Abschätzformel für die Ansprechlasten aus Versuchsergebnissen abzuleiten und - Beurteilung und Empfehlung der Geometrie und Werkstoffe für die Konstruktion und Bemessung der Lastdosierer auszuarbeiten. Es wurden 59 Versuche im Forschungsvorhaben ausgeführt. Die Versuchskörper wurden aus Rundstählen unterschiedlicher Werkstoffe durch Drehen hergestellt. Die Lastdosierer wurden in einem Lastbereich von 200 kN bis 1400 kN mit verschieden geometrischen Parametern untersucht. Ein Rechenmodell zur Abschätzung der Ansprechlasten von Lastdosierern konnte aus den Versuchsergebnissen abgeleitet werden. Zur Gewährleistung der Funktionstauglichkeit wurden Empfehlungen und Beurteilungen für Geometrie und Werkstoffe ausgearbeitet. (-y-)

Johannes Vielhaber, Günther Plauk
Grenztragfähigkeit großer Verbundprofilstützen. Abschlußbericht
Bau- und Wohnforschung
1989, 81 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

Die im wesentlichen auf Rechenmodellen beruhenden Bemessungsvorschläge des EC4 bzw. der DIN 18 806 Teil 1 für Stahl/Beton-Verbundprofilstützen mit ausbetonierten Kammern wurden experimentell überprüft. Der Bericht gibt die Versuchsergebnisse von 4 in der neuen 25 MN-Großprüfmaschine der BAM geprüften Stützen wieder, die exzentrisch auf Druck beansprucht wurden. Es kann festgestellt werden, daß in allen Fällen die Angaben der Normen das Bruchverhalten zutreffend erfassen. Auch eine Berechnung solcher Stützen als ganz normale Stahlbetonelemente nach DIN 1045 liefert zutreffende Ergebnisse. Wichtig ist jedoch eine gute konstruktive Durchbildung der Lasteinleitungsbereiche. Insbesondere ein Anschweißen der Längsbewehrung an die Kopf-/Fußplatten kann eine deutliche Schwächung - d.h. Traglastreduzierung - an diesen Stellen hervorrufen. (-y-)

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Bezas, Marios-Zois; Demonceau, Jean-François; Vayas, Ioannis; Jaspart, Jean-Pierre
Compression tests on large angle columns in high-strength steel
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