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Untersuchungen an geschweißten I-Trägern aus normal- und hochfestem Baustahl: Beitrag zur Erweiterung der Tragfähigkeitsnachweise durch Einsatz der Schweißsimulation

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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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F. Herschelmann
Untersuchungen ueber konstruktive Massnahmen, die die Feuerwiderstandsdauer von Stahl-Verbundtraegern verbessern
1982, 78 S., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Centre Technique Industriel de la Construction Metallique, Frankreich, untersuchte in der Versuchsanstalt Metz im Auftrag der Europaeischen Konvention fuer Stahlbau eine Reihe von Stahlverbundtraegern unter Brandbeanspruchung. Eine Uebertragbarkeit der Ergebnisse war wegen Unterschiede hinsichtlich Ausbildung und Anforderungen gegenueber den deutschen Normen nur eingeschraenkt moeglich. Es blieb zu klaeren, ob zum einen bauuebliche Konstruktionsformen von Verbundtraegerquerschnitten der Feuerwiderstandsklasse F 30 gemaess DIN 4102 Teil 2 genuegen und zum anderen die Vorherbestimmung der Feuerwiderstandsdauer von Stahlverbund-Einfeldtraegern durch ein einfaches Rechenverfahren moeglich ist. Es wurden Versuche mit freiliegendem und einbetonierten I-Stahlprofil durchgefuehrt. (to)

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W. Schrade
Bemessung von Dachpfetten und Wandriegeln aus Kaltprofilen
Bauforschung, Band T 848
1981, 245 S., überw. Tab., zahlr. sw-Abb.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Zur Schaffung von Grundlagen fuer die Erarbeitung einer Bemessungsvorschrift ueber Dachpfetten und Wandriegel aus Kaltprofilen wurden Untersuchungen durchgefuehrt. Sie betrafen die theoretische und experimentelle Ermittlung der Stabilitaetsgrenzen des gedrueckten Querschnittsbereiches von Z-Pfetten sowie deren Traglasten, das Tragverhalten von Z-Pfetten insbesondere im Zusammenwirken mit Verkleidungen, die Ermittlung des Dachschubes, die Schnittgroessenermittlung unter Beruecksichtigung der Ueberlappungsstoesse und die Berechnung der Schraubenkraefte im Ueberlappungsbereich. (-y-)

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R. Schardt, W. Schrade
Bemessung von Dachpfetten und Wandriegeln aus Kaltprofilen. Richtlinie für das Zulassungsverfahren
Ergänzung zu: Abschlussbericht über das Forschungsvorhaben Kaltprofil-Pfetten, IRB-Standort T 848.
Bauforschung, Band T 925
1981, 67 S., 23 sw-Abb. u. 1 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Es wird ein Rechenprogramm erarbeitet, das die Schnittgroessen fuer Durchlaufpfetten mit bei wirklichkeitsnaher Erfassung der Uebergreifungsstoesse ueber den Stuetzen (Sleeve- bzw. Overlap-Verbindung) fuer die Lastfaelle abwaertsgerichtete Belastung q sowie Schraubenschlupf liefert. Die anschliessende Bemessung des Z-Profils erfolgt dann unter Beruecksichtigung eines moeglichen Instabilwerdens des Querschnitts (Beulen des gedrueckten Gurt-Steg-Bereiches, Ausknicken der Randlippe). Im Stuetzenbereich darf dabei eine maximale aufnehmbare Querkraft nicht ueberschritten werden. Fuer die Berechnung des Dachschubes (einschliesslich desjenigen aus der Wirkung der Drehbettung) und einer Mindestdrehfedersteifigkeit, die die verwendeten Trapezbleche als Verkleidung der Z-Profile aufweisen muessen, werden Formeln angegeben. Fuer die Ermittlung von Traglasten bei Windsogbeanspruchung und eventuell gleichzeitig wirkenden Laengsdruckkraeften wird die Loesung des Spannungsproblems II.Ordnung gewaehlt, wobei eine moegliche Querschnittsverformung beruecksichtigt wird. (-y-)

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F. Mang
Untersuchungen an Verbindungen von Rechteck-Hohlprofilen aus Werkstoff St 37 und St 52
1977, 52 S., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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Zeitschriftenartikel

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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Beyer, Andre; Bureau, Alain
Simplified method for lateral?torsional buckling of beams with lateral restraints. Evaluation of the existing Eurocode 3 approach
Steel Construction, 2019

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Dulevski, Encho
Effective widths for class 1 and 2 composite girders at negative moments
Steel Construction, 2019

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Broschart, Yannick; Kurz, Wolfgang
Untersuchungen zu Verbundträgern mit randnahen Verbunddübelleisten
Stahlbau, 2019

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Schaper, Lukas; Jörg, Fabian; Winkler, Rebekka; Kuhlmann, Ulrike; Knobloch, Markus
The simplified method of the equivalent compression flange. Development based on LTB tests and residual stress measurements
Steel Construction, 2019

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Classen, Martin; Wieneke, Katrin; Komor, Bernard
Anwendungsgrenzen für eine teilweise Verdübelung von Verbundträgern mit oberflanschlosen Stahlprofilen und Verbunddübelleisten. Teil 1: Theoretische Grundlagen, Untersuchungsmethodik und FE-Modellierung
Stahlbau, 2018

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