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Zum Schubtragverhalten von Blechträgern bei Raumtemperatur und im Brandfall

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[Quelle: https://www.research-collection.ethz.ch]

Diese Abhandlung widmet sich dem Schubtragverhalten querausgesteifter Blechträger bei Raumtemperatur und im Brandfall. Aufgrund ihrer meist grossen Schlankheit sind die Stegbleche solcher Träger auf das Schubbeulen anfällig. Mit dem Stegbeulen ist der Schubwiderstand eines Blechträgers für gewöhnlich jedoch noch nicht erreicht. Eine diagonale Zugfeldwirkung infolge von Membranspannungen im verformten Stegblech ermöglicht oftmals eine deutliche zusätzliche Belastung. Die Bemessungsmodelle, welche noch heute üblicherweise zur Abschätzung des Schubwiderstands von Blechträgern angewendet werden, basieren auf Versuche, welche in den 1960er- bzw. 1970er-Jahren bei Raumtemperatur durchgeführt wurden. Während einige der dabei untersuchten Träger mit der Ausbildung von Fliessgelenken in den Flanschen versagten, so stellte sich das Versagen anderer Träger ohne sichtbare Flansch-Durchbiegungen ein. Infolgedessen wird in gewissen Bemessungsmodellen davon ausgegangen, dass das Schubversagen mit der Ausbildung von Flansch-Fliessgelenken zusammenfällt, während eine entsprechende Mitwirkung der Flansche bei der Abtragung der Schubbelastung in anderen Modellen vernachlässigt wird. Es ist nicht abschliessend geklärt, ab welcher Belastung sich Flansch-Durchbiegungen einstellen und ob diese auf eine Verankerung der Steg-Zugfelder zurückzuführen sind. Obwohl der Schubbemessung von Blechträgern im Brandfall eine noch grössere Bedeutung zukommt als bei Raumtemperatur, so ist das Schubtragverhalten von Blechträgern im Brandfall noch nicht intensiv erforscht worden. Es fehlen dabei insbesondere zweckmässig durchgeführte Experimente. Infolge der rascheren Erwärmung des Stegblechs im Vergleich zu den Flanschen entstehen einerseits thermisch bedingte Zwängungen innerhalb des Träger-Querschnitts. Andererseits werden die mechanischen Materialeigenschaften des Stegblechs dadurch schneller reduziert als diejenigen der Flansche. Diese Umstände können dazu führen, dass der Versagensmechanismus von einem Biegeversagen bei Raumtemperatur hin zu einem Schubversagen im Brandfall wechselt. Die ursprünglich für Raumtemperatur entwickelten Bemessungsmodelle werden aktuell lediglich durch die temperaturabhängige Reduktion der Steifigkeit und der Festigkeit für den Brandfall adaptiert. Das primäre Ziel des Forschungsprojekts besteht darin, das Schubtragverhalten von Blechträgern bei Raumtemperatur und im Brandfall sowohl experimentell als auch numerisch detailliert zu analysieren. Dabei wird insbesondere systematisch auf das lokale Steg- bzw. Flansch-Verhalten fokussiert. Die Untersuchungen ermöglichen, nebst der Quantifizierung des Einflusses ausgewählter Parameter auf das Schubtragverhalten von Blechträgern, eine fundierte Überprüfung der Bemessungsmodelle respektive der darin enthaltenen Annahmen. Die experimentellen Untersuchungen umfassen Versuche an grossmassstäblichen Blechträgern bei Raumtemperatur (vier Versuche) und im Brandfall (acht Versuche). Die Experimente im Brandfall sind die ersten Versuche, welche an Blechträgern (ohne obenliegende Betonplatte) bei Bedingungen durchgeführt wurden, wie sie im Brandfall üblicherweise vorherrschen (konstante mechanische Belastung und ansteigende Temperaturen). Zusammen mit begleitend durchgeführten, umfangreichen Materialtests schaffen diese Versuche eine Datengrundlage, welche zur Validierung numerischer Modelle dringend benötigt wird. Mit sehr gut validierten numerischen Modellen (Methode der finiten Elemente) werden die experimentellen Beobachtungen bestätigt. Zudem ermöglicht eine numerische Parameterstudie die Analyse des Einflusses zusätzlicher Parameter auf das Schubtragverhalten von Blechträgern (Raumtemperatur und Brandfall).

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Bücher, Broschüren

Peter Hammacher, Ralf Steinmann
Stahlbauarbeiten und Metallbauarbeiten
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Kommentar zu VOB/C: ATV DIN 18335 und ATV DIN 18360
2., Aufl. 2020
2020, 350 S., 210 mm, Softcover
Beuth

 

 

Stahlbauarbeiten und Metallbauarbeiten lassen sich bei Ausschreibungen auf Basis der VOB mitunter schwer voneinander trennen. Deshalb wurde hier erstmals eine gemeinsame Kommentierung von Stahlbauarbeiten (ATV DIN 18335) und Metallbauarbeiten (ATV DIN 18360) vorgenommen. Die Ausführungen unterstützen den Anwender, die relevanten Vertragsbedingungen schnell zu erfassen und in der Praxis richtig umzusetzen. Auch für diejenigen, die Ansprüche aus Verträgen stellen, prüfen oder abwehren möchten, ist dieses Buch eine nützliche Arbeitshilfe.

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Stahlbau-Kalender 2020
Stahlbau-Kalender
Schwerpunkte: Neue Normung im Hochbau; Leichtbau
2020, X, 990 S., 675 SW-Abb., 250 Tabellen. 244 mm, Hardcover
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Der Stahlbau-Kalender dokumentiert verlässlich und aus erster Hand den aktuellen Stand der Stahlbau-Regelwerke. Seit der Ausgabe 2011 werden systematisch alle Teile von Eurocode 3 mit ihren Nationalen Anhängen kommentiert. In dieser Ausgabe werden neben der Aktualisierung von Teil 1-1 "Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau" auch Erläuterungen für die neuen Regeln der zukünftigen Eurocode-Generation präsentiert. Außerdem wird für den Metallleichtbau auf die sich abzeichnenden Änderungen und Ergänzungen in Eurocode 3 Teil 1-3 für kaltgeformte Bauteile und Bleche und in Eurocode 9 Teil 1-4 eingegangen. Der Stahlbau ist in grundlegender Weise mit dem Leichtbau und der Anwendung von faserverstärkten Kunststoffen verbunden. Die funktionalen und wirtschaftlichen Vorteile, wie z.B. geringes Eigengewicht, hohe mechanische Festigkeit, einfache Montage, niedrige thermische Leitfähigkeit und vielfältige architektonische Gestaltungsmöglichkeiten, werden für Sandwichelemente, im Membranbau, für temporäre und für fliegende Bauten bis hin zu Leichtbaubrücken genutzt. Zu diesen Themen enthält das Buch Beiträge über die ingenieurmäßige Auslegung von Bauteilen mit Erläuterungen zu den Konstruktionsregeln. Bei Leichtbau-Konstruktionen gilt es, ein besonderes Augenmerk auf das Schwingungsverhalten zu legen. Dieses wird in zwei Beiträgen, neben der Erdbebenbemessung, besonders vertieft. Ein weiteres grundlegendes Thema des Stahlbaus - der Korrosionsschutz - wird in zwei ausführlichen Beiträgen mit allen Aspekten und Möglichkeiten umfassend und aktuell behandelt. Das Buch ist ein Wegweiser für die richtige Berechnung und Konstruktion im gesamten Stahlbau mit neuen Themen in jeder Ausgabe. Es stellt anwendungsbereites Wissen mit zahlreichen Beispielen zur Verfügung. Herausragende Autoren aus der Industrie, aus Ingenieurbüros und aus der Forschung vermitteln Grundlagen und geben praktische Hinweise.

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Konrad Merz, Anne Niemann, Stefan Torno
Bauen mit Laubholz
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Laubholz in der Tragkonstruktion
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Detail

 

 

Der weltweit boomende Holzbau und dessen rasante Entwicklung bis über die Hochhausgrenze hinaus verlangt Hochleistungswerkstoffe, die durch Laubholz möglich werden. Durch neue Produktionsmethoden und Verarbeitungsprozesse entstehen wirtschaftlich konkurrenzfähige Produkte, die dem Bausektor völlig neue Möglichkeiten eröffnen. Nicht ohne Grund wurde bis ins 18. Jahrhundert im konstruktiven Bereich vorwiegend Laubholz eingesetzt. "Bauen mit Laubholz" fokussiert auf dessen Einsatz in der Tragkonstruktion. Die Publikation liefert das nötige Fachwissen für den sicheren Umgang mit Laubholz im Hochbau und zeigt gelungene Architekturbeispiele aus der Praxis für die Praxis.

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Wolfram Lohse, Jörg Laumann, Christian Wolf
Bd 18. Bd 18/Tl 2. Stahlbau
21., Aufl.
2020, xvi, 689 S., 599 SW-Abb., 10 Farbabb. 240 mm, Hardcover
Vieweg+Teubner

 

 

Das zweibändige Standardwerk liefert umfassend kompaktes Grundlagenwissen zum Thema Stahlbau. Band 2 vermittelt dabei wichtiges Know-how zu allen Konstruktions- und Bemessungsregeln und wurde für die bereits 21. Auflage aktualisiert und den Normen angepasst. Neben der ausführlichen Darstellung der Zeichnungen werden die zugehörigen Nachweise anhand zahlreicher Berechnungsbeispiele praxisgerecht erläutert.

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Roland Fuhrmann
Dresdens Tor zum Himmel - Die erste aerodynamisch geformte Luftschiffhalle und ihr Einfluss auf die Baugeschichte
2019, 536 S., Zahlreiche Abbildungen (Fotos, Grafiken, Schemata, Pläne) davon 180 in Farbe und 590 in Sc, Hardcover
Thelem Universitätsverlag

 

 

Das größte je umbaute Raumvolumen der Stadt Dresden ist aus dem Baugeschichtsbewusstsein verschwunden - zu Unrecht. Eingebettet in die Zeppelin-Luftschifffahrt, die Kultur- und Architekturgeschichte an der Schwelle zur Moderne und Streamline-Moderne rekonstruiert das erschienene Buch minutiös die spannungsreiche Baugeschichte der städtischen Dresdner Luftschiffhalle von 1913 - packend erzählt und illustriert mit bisher unveröffentlichtem Bildmaterial. Von diesem Pionierbau ausgehend entfaltet sich ein Panorama des Luftschiffhallenbaues in seinen vielfältigen Entwicklungssträngen und Verflechtungen, begleitet vom wachsenden Erkenntnisstand der Aerodynamik. Erst nach seinem Abbruch und Wissenstransfer in die USA mit bis heute bestehenden Folgeluftschiffhallen in Ohio, Kalifornien und North Carolina wird der stromlinienförmige Luftschiffhallentyp als solcher erkannt und Standard im Großluftschiffhallenbau. Dabei auf der Strecke geblieben ist der Schöpfer dieser neuen Bauform und Konstrukteur der Dresdner Luftschiffhalle, Zivilingenieur Ernst Meier in Berlin. Seine wechselvolle Lebensgeschichte wird hier erstmals vorgestellt und sein Schaffen gewürdigt.

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Forschungsberichte

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Richard Stroetmann, Lars Sieber, Hans-Werner Viehrig, Mario Houska, Birgit Vetter, Veneta Schubert
Beurteilung der Sprödbruchgefährdung gelochter Stahltragwerke - Weiterentwicklung der Analysemethoden
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2972
2015, 133 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bei der Beurteilung bestehender Stahlkonstruktionen interessiert neben der Tragsicherheit ebenso die Sprödbruchgefährdung. Die normativen Regelungen in DIN EN 1993-1-10 sind für gelochte Konstruktionen aus alten Baustählen nicht anwendbar. Zur sachgerechten Beurteilung der Sprödbruchneigung wird ein Verfahren zum Nachweis ausreichender Zähigkeit quasi-statisch beanspruchter gelochter Bauteile aus Flussstahl auf bruchmechanischer Basis entwickelt. Als eine Grundlage des Nachweisverfahrens wurde ein umfangreiches Versuchsprogramm an Bauteilen aus bestehenden Stahltragwerken der Baujahre 1904 bis 1930 durchgeführt. Es wurden Werkstoffproben aus unterschiedlichen Bauwerken, verschiedenen Querschnittstypen und allen typischen Stahlherstellungsverfahren untersucht. Neben der Ermittlung der Werkstoffkennwerte im Zugversuch wurde vor allem die Werkstoffzähigkeit der Stähle analysiert.

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K. Geißler, I. Prokop, A. Bubner, R. Egner, S. Heyde, M. Kempkes, B. Kühn, J. Laumann, P. Lieberwirth, J. Naumes, J. Ruga, S. Schilling, H. Schmidt, T. Ummenhofer
Verbesserung der Praxistauglichkeit der Baunormen durch pränormative Arbeit - Teilantrag 3: Stahlbau. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2964
2015, 130 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der umfangreiche Eurocode 3 für den Stahlbau rief in der Ingenieur- und Baupraxis teilweise heftige Kritik hervor. Kritisiert wurde neben der großen Seitenzahl die unzureichende Übersichtlichkeit und Konsistenz und damit verbunden eine mangelhafte Anwenderfreundlichkeit. Ziel des Vorhabens war daher die pränormative Forschung für eine praxisgerechte Überarbeitung und Weiterentwicklung des Eurocode 3. Für das Forschungsvorhaben wurden von den 20 Teilen des Eurocodes 3 die sechs Teile ausgewählt und untersucht, die für die Ingenieure in Planung und Ausführung die größte Relevanz und den größten Verbesserungsbedarf haben. Dies sind der Teil 1-1 (Bemessungsregeln für den Hochbau - "Grundlagenteil"), Teil 1-8 (Anschlüsse), Teil 1-5 (Plattenförmige Bauteile), Teil 1-9 (Ermüdung), Teil 1-2 (Heißbemessung) und Teil 6 (Kranbahnen). Da die Ausführungsnorm DIN EN 1090 Teil 2 in engem Zusammenhang mit dem Eurocode 3 steht, wurde sie ebenfalls in Bezug auf die Praxistauglichkeit überprüft. Gemäß Forschungsantrag wurden zunächst ähnlich einer Anamnese die Schwachstellen und Überregulierungen des Eurocode 3 zusammengetragen. Danach wurde in einer Diagnose geprüft, inwieweit diese Defizite in der Praxis zu Problemen führen. Besonderes Augenmerk wurde daher auf die praktische Anwendbarkeit und auf Unstimmigkeiten in den Bemessungsvorschriften gelegt. Dies und Unklarheiten in der sprachlichen Formulierung der Norm wurden in separaten Synopsen aufgezeigt. Im nächsten Schritt wurden praxisgerechte Verbesserungen und Vereinfachungen der Norm im Sinne einer Therapie erarbeitet. Bedarfsweise wurden die Auswirkungen der Verbesserungsvorschläge an konkreten Bauteilen in Vergleichsberechnungen untersucht und mit den Bemessungsergebnissen der jetzt gültigen Fassung des Eurocode 3 verglichen. Die Therapie wurde je Eurocode in einem Abschnitt "Lösungsvorschläge" erläutert. Die Lösungsvorschläge münden in überarbeiteten und praxistauglichen Entwürfen von Normentexten für den Eurocode 3. Diese Normentwürfe liegen in einzelnen Teilberichten vo

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Gerhard Sedlacek
Ausarbeitung eines Entwurfs für den deutschen Nationalen Anhang zu EN 1993-1-1 und seiner wissenschaftlichen Begründung
Bauforschung, Band T 3239
2010, 19 S., 9 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Wie alle Eurocodes enthält die EN 1993 - Eurocode 3 - Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau - Öffnungen für nationale Festlegungen, die im Rahmen der Bearbeitung des deutschen Nationalen Anhangs zu EN 1993-1-1 getroffen wurden. Beide, EN 1993-1-1 und der deutsche nationale Anhang dazu, sind Kompromisse zwischen verschiedenen Auffassungen und Expertenmeinungen, die in den internationalen Arbeitsgruppen zu EN 1993-1-1 und in der DIN Arbeitsgruppe zum deutschen Nationalen Anhang gefunden wurden. Die Aufgaben für die Herstellung dieses Berichtes sind: 1. eine Sicherheitsüberprüfung der EN 1993-1-1 und des deutschen Nationalen Anhangs zur wissenschaftliche Begründung der gewählten Kompromisse und 2. eine Überprüfung, ob die im Rahmen der Kompromisse gefundenen Alternativen nicht eine unnötige Komplexität der Regelwerks erzeugt haben, die durch "einfachere" und sicherheitsmäßig mindestens gleichwertige Lösungen beseitigt werden könnte.

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Ulrike Kuhlmann, Benjamin Braun
Bestimmung der Sicherheitselemente für die Anwendung von DIN EN 1993-1-5 "Plattenförmige Bauteile". Teil 1. Schlussbericht
Bauforschung, Band T 3234
2010, 29 S., 13 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Schlussbericht zu diesem Forschungsvorhaben werden der Inhalt und der Hintergrund des deutschen Nationalen Anhangs zu DIN EN 1993-1-5:2006 erläutert. Neben den nationalen Festlegungen umfasst der Nationale Anhang eine Reihe von so genannten konfliktfreien nationalen Ergänzungen, die die zukünftige Bemessungspraxis erleichtern und das bisherige Sicherheitsniveau auch in der Zukunft sicherstellen sollen. Der vorliegende Teil 1 des Schlussberichts stellt Inhalte und Vorschläge zu allen nationalen Festlegungen und konfliktfreien nationalen Ergänzungen vor. Die Festlegungen und Ergänzungen werden dabei so begründet, dass sie auch als Vorlage für eine europäische Harmonisierung dienen können. Die Vorschläge werden im Detail begründet, dabei wird in Teil II zu einigen einzelnen nationalen Festlegungen gesondert Stellung genommen.

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H. Pasternak, A. Marosi
Tragverhalten von Hallen mit Flanschstreben
Bauforschung, Band T 3206
2009, 71 S., 69 Abb., 26 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In der Studie werden drei Modelle von Stahlrahmen mit unterschiedlicher Spannweite (18-56 m) entwickelt, um das Biegedrillknicken bei Flanschstreben mit Finiten Elementen zu simulieren. Die Modelle umfassen lmperfektionen sowie geometrische und physikalische Nichtlinearität. Der Weg der Modellierung machte Änderung der Rahmendetails möglich, so dass mehr Parameter untersucht werden konnten. Analysiert werden: - die Schwachstelle "nachgiebige" Drehlagerung, - die Möglichkeit der konstruktiven Umsetzung "unendlicher" Drehsteifigkeit an den Lagerpunkten, - Abgrenzung des "normgerechten" Zustandes, - Hinweise zur rechnerischen Abbildung nachgiebiger Drehlagerungen, - die Notwendigkeit eines weiteren Forschungsbedarfes. Zunächst wird das numerische Modell der Struktur vorgestellt. Dazu werden zwei unterschiedliche Modelle analysiert: ein vereinfachtes Federmodell und ein Model mit Pfetten. Es stellte sich heraus, dass manche Imperfektionen vernachlässigbar waren, während andere entscheidend sind. Um akkurate Ergebnisse zu erhalten, wurde die Elementgröße (FE-Modellierung) variiert. Die durchgeführten Berechnungen zeigen, dass Flanschstreben In der Lage sind, Hallenrahmen auch bei ungünstigen Imperfektionen gegen seitliches Ausweichen zu sichern. Die Tragreserven sind allerdings teilweise außerordentlich gering.

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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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Aydin, Abdulkadir Cüneyt; Ardalani, Aysan; Maali, Mahyar; Kiliç, Mahmut
Numeric modelling of innovative semi?rigid connections under cyclic loading
Steel Construction, 2021

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Netz, Hartmut
Sauberer Stahl
Bild der Wissenschaft, 2021

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Munesi, Ali; Sharbatdar, Mohammadkazem; Gholhaki, Majid
An investigation into the factors influencing the cyclic behaviour of buckling?restrained steel plate shear walls
Steel Construction, 2021

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Kido, Ewa Maria; Cywi?ski, Zbigniew; Kawaguchi, Hidetoshi
Tradition and modernity in the structural art of steel?glass structures in Japan
Steel Construction, 2021

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Ljubinkovic, Filip; Martins, Joao Pedro; Gervasio, Helena Maria; Simoes da Silva, Luis Alberto
Steel box-girder bridge decks with curved bottom flange. Numerical studies
Steel Construction, 2020

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