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 DIN EN 1994-1-1 bzw. DIN 18800-5 wird der Einfluss von Profilblechen auf die Tragfähigkeit von Kopfbolzendübeln bei Verbundträgern durch Anwendung eines Abminderungsfaktors auf die Dübeltragfähigkeit bei Vollbetonplatten erfasst. Es hat sich gezeigt, dass dieser Ansatz die gänzlich anderen Versagensmechanismen bei Platten mit Profilblechen im Vergleich zur Vollbetonplatte nur unzureichend berücksichtigt. Des Weiteren ist die Lage des Dübels innerhalb der Sicke für die Tragfähigkeit des Dübels entscheidend. Diese Einflüsse werden bei der Berechnung nach DIN EN 1994-1-1 bzw. DIN 18800-5 nur ungenügend erfasst. Da davon auszugehen ist, dass vor allem Profile senkrecht zum Träger zur Anwendung kommen, wurde nur dieser Fall untersucht. Da im Vergleich zur Gesamtanzahl von vorliegenden Versuchen in der Literatur nur eine relativ geringe Anzahl von Versuchen mit außermittiger Kopfbolzenanordnung vorliegt, war die Position des Kopfbolzens in der Sicke neben der Einbindetiefe des Kopfbolzens in den Aufbeton die hauptsächlich variierte Einflussgröße. Für die 17 durchgeführten Push-Out Tests wurden 3 unterschiedlich hohe Profilbleche gewählt und so der gesamte Anwendungsbereich (h tief p kleiner gleich 85 mm) von DIN EN 1994-1-1 bzw. DIN 18800-5 abgedeckt. Ausgehend von den Ergebnissen der Push-Out Tests konnte gezeigt werden, dass gerade für Kopfbolzen in "unfavourable position" die normative Regelung die Tragfähigkeit deutlich unterschätzt, während gleichzeitig die Kopfbolzen in "favourable position" nur im Bereich der erwarteten Tragfähigkeit lagen. Somit ist die normative Forderung nach alternierender Anordnung im Fall, dass keine mittige Kopfbolzenanordnung möglich ist, zu hinterfragen. Des Weiteren musste festgestellt werden, dass viele der Versuchskörper, die nach Norm als duktil eingestuft wurden, kein duktiles Verhalten zeigten, aber andere Versuchskörper, die gewisse Anforderungen nach Norm verletzten, duktiles Verhalten zeigten. Der Vergleich der Tragfähigkeit im Versuch mit den Ergebnissen bei den bestehende

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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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