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Untersuchungen an geschweißten I-Trägern aus normal- und hochfestem Baustahl: Beitrag zur Erweiterung der Tragfähigkeitsnachweise durch Einsatz der Schweißsimulation
Launert, Benjamin
Quelle: Schriftenreihe Stahlbau - Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg
Cottbus (Deutschland)
Selbstverlag
2019, XIII,183 S., Abb., Tab., Lit.
Serie: Schriftenreihe Stahlbau - Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Nr.16
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[Quelle: http://d-nb.info]
Im Stahlbau werden häufig Schweißträger eingesetzt. Als Profilform ist die des I-Trägers am weitesten verbreitet. Die Fertigung dieser Querschnitte erfolgt heute überwiegend vollmechanisiert im Werk durch z.B. Metall-Aktivgas-Schweißen. Dabei bewirkt der Schweißvorgang stets auch Eigenspannungen und Verformungen im Bauteil. Diese sogenannten Schweißimperfektionen zusammen mit weiteren Fertigungstoleranzen überlagern sich im Bauteileinsatz mit Lastspannungen und bewirken dadurch eine Absenkung der Tragfähigkeit. Die Erfassung dieser Einflüsse kann direkt im Rahmen einer vollständig nichtlineareren, sogenannten GMNIA-Berechnung erfolgen. Diesbezüglich sind besonders mit der Annahme der Eigenspannungen in Trägern aktuell noch große Unsicherheiten verbunden. Zur direkten Berücksichtigung von Eigenspannungen kann auf verschiedene vereinfachte Eigenspannungsmodelle aus der Literatur zurückgegriffen werden. Diese basieren größtenteils auf rein geometrischen Festlegungen ohne Berücksichtigung von Fertigungsrandbedingungen oder der Stahlgüte. Nichtsdestotrotz haben sich diese einfachen Modelle, auch mangels des Fehlens aktuellerer Forschungsergebnisse, für numerische Berechnungen im Stahlbau bis zuletzt durchgesetzt. Des Weiteren bestehen heute Möglichkeiten, eine numerische Schweißstruktursimulation zur Ermittlung der Eigenspannungen in Schweißträgern durchzuführen. Auch die vereinfachten Schweißsimulationsmodelle zur Berechnung großer Bauteile haben sich in den letzten Jahren stetig weiterentwickelt. Im Stahlbau erfolgten bisher jedoch kaum Anwendungen dieser Methoden. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit liegt deshalb in der Untersuchung von Methoden der Schweißsimulation im Hinblick auf eine Anwendung an Schweißträgern und hier im Speziellen an geschweißten I-Trägern. Im Ergebnis sollte ein numerisch-basierter, einfacher Ansatzes zur direkten Abbildung des Schweißeinflusses in Tragfähigkeitsberechnungen bereitgestellt werden. Mit einem solchen vereinfachten Schweißsimulationsmodell können zudem neben den Schweißeigenspannungen auch die Schweißverformungen berechnet werden. Der Einfluss des Fertigungsprozesses kann dadurch viel genauer in die Bemessung einbezogen werden. Ausgangspunkt der Untersuchungen bildeten Eigenspannungsmessungen an konventionell geschweißten I-Trägern aus normal- und hochfesten Baustählen. Anschließend wurden diese durch numerische Schweißstruktursimulationen ergänzt. Danach erfolgte darauf aufbauend die Ableitung eines vereinfachten, numerischen Berechnungsmodells zur weiteren Berücksichtigung von Eigenspannungen in nichtlinearen Tragfähigkeitsmodellen. Abschließend wurden vergleichende numerische Tragfähigkeitsanalysen durchgeführt und daraus Empfehlungen für eine bessere Erfassung des Schweiß- und Materialeinflusses in der Tragfähigkeitsberechnung abgeleitet.
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