Kreishohlprofil-X-Knoten aus nichtrostenden Stählen unter Axialbeanspruchung

Dissertationsschrift
Berichte zum Stahl- und Leichtbau, Band 7
Andreas Lipp
2016, 242 S., graph. Darst. 24 cm, Softcover
KIT Scientific Publishing
ISBN 978-3-7315-0569-3

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Inhalt

Die Bemessung geschweißter, unversteifter Knoten aus Kreishohlprofilen (KHP) aus nichtrostenden Stählen ist derzeit ungenügend geregelt, da alle verfügbaren Bemessungsregeln auf Ergebnissen von Untersuchungen an KHP-Knoten aus un- und niedriglegierten Baustählen mit ausgeprägter Streckgrenze basieren. Aufgrund der unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften ist eine Übertragung von Bemessungsregeln für KHP-Knoten aus un- und niedriglegierten Baustählen auf KHP-Knoten aus nichtrostenden Stählen allerdings nicht ohne Weiteres möglich. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Tragverhalten ebener KHP-X-Knoten aus nichtrostenden Stählen unter vorwiegend ruhender Axialbeanspruchung. Experimentelle und numerische Untersuchungen wurden hierzu an der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) durchgeführt. Ein Bemessungskonzept für axial beanspruchte KHP-X-Knoten aus nichtrostenden Stählen wurde entwickelt. Aufgrund des in der Regel eher nachgiebigen Last-Verformungs-Verhaltens der untersuchten Anschlüsse sind diese nicht nur für den Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT), sondern auch für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZG) zu bemessen. Die Ableitung der Tragfähigkeiten für den GZT basiert dabei auf einem Schädigungskriterium für duktile Rissinitiierung. Im GZG wird die Knotenverformung auf 1% des Gurtaußendurchmessers begrenzt. Im Rahmen einer umfangreichen numerischen Parameterstudie wurden alle Einflussgrößen, die sich signifikant auf das Last-Verformungs-Verhalten auswirken, variiert, wobei die Simulationsmodelle zuvor an den im Rahmen der Arbeit erhobenen Versuchsergebnissen kalibriert wurden. Die Ergebnisse der durchgeführten Simulationen stellen die Grundlage der abgeleiteten Bemessungsgleichungen dar. Die Eignung des entwickelten Bemessungskonzepts wurde zuletzt durch einen Vergleich der Tragfähigkeiten gemäß den abgeleiteten Bemessungsgleichungen mit Versuchsergebnissen belegt.

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In dieser Arbeit wird das Tragverhalten dünnwandiger Bauteile aus perforierten Blechen untersucht und daraus ein Bemessungsverfahren für voll- oder teilperforierte Trapez- und Wellprofile entwickelt. Ausgehend von grundsätzlichen Betrachtung zum Tragverhalten werden die erforderlichen, den Einfluss der Perforation erfassenden drei Parameter definiert und für unterschiedliche Lochraster ermittelt. Durch Einbau dieser Parameter in die Berechnungsverfahren für die Ermittlung der Tragfähigkeit dünnwandiger stabilitätsgefährdeter Bauteile unter Druck- und Schubbeanspruchung werden diese für die Anwendung auf vollperforierte Bauteile erweitert. Numerische Untersuchungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode erlauben eine Verifikation dieses theoretisch abgeleiteten Berechnungsverfahrens. Für teilperforierte Bleche wird mittels Methode der Übertragungsmatrizen ein Ansatz zur Berechnung der Beulwerte dünnwandiger stabilitätsgefährdeter Bauteile unter Druckbeanspruchung abgeleitet. Ausgehend von diesen Beulwerten kann über ein einfaches Verfahren, das den Anteil der Perforation an der Querschnittsfläche erfasst, die Tragfähigkeit dieser Felder ermittelt werden. Auch dieses Berechnungsverfahren wird mittels numerischer Untersuchungen verifiziert. In umfangreichen numerischen und experimentellen Untersuchungen zum Stegkrüppeln wird sowohl für voll- als auch für teilperforierte Trapezprofile gezeigt, dass der Einfluss der Perforation durch Abminderung der nach DIN 18807-1 oder DIN 18807-6 ermittelten Tragfähigkeit mit einem Faktor C tief p für vollperforierte Stege oder C tief tp für teilperforierte Stege ermittelt werden kann. Für diese wird in der vorliegenden Arbeit ein Berechnungsverfahren vorgestellt. Die nach dem Übergang von der Betrachtung von Einzelflächen zu ganzen Bauteilen mögliche Nachrechung der Ergebnisse von Versuchen an Trapez- und Wellprofilen die seit etwa 1980 an der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine durchgeführt wurden zeigt die gute Korrelation zwischen den Berechnungsverfahren und den Versuch

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