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Zur Ermüdungsfestigkeit von Schweißkonstruktionen aus höherfesten Baustählen bei Anwendung von UIT-Nachbehandlung. Online Ressource

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[Quelle: http://elib.uni-stuttgart.de]

Der Stahlindustrie ist es in den letzten Jahren gelungen, wettbewerbsfähige höherfeste Baustähle zu entwickeln, die die Forderungen der Stahlbaupraxis nach einer hohen Festigkeit bei gleichzeitig guter Schweißeignung und hoher Zähigkeit erfüllen. Als einer der Hauptgründe für den noch immer verzögerten Einsatz von höherfesten Baustählen in Konstruktionen unter wechselnder Beanspruchung ist die Ermüdungsfestigkeit von Schweißverbindungen zu nennen, da diese im unbehandelten Zustand weitestgehend unabhängig von der Streckgrenze des Grundwerkstoffs ist. Insbesondere durch den Einsatz von Schweißnahtnachbehandlungsverfahren besteht allerdings die Möglichkeit, die Ermüdungsfestigkeit von Schweißkonstruktionen aus höherfesten Baustählen zu erhöhen. Im Stahlbau liegen bisher allerdings keine normativen Regelungen vor, um die positiven Effekte einer Schweißnahtnachbehandlung bei der Bemessung zu berücksichtigen. Die Arbeit behandelt die Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit von Schweißkonstruktionen aus höherfesten Baustählen durch die Anwendung von Schweißnahtnachbehandlungsverfahren. Der Schwerpunkt Arbeit liegt dabei beim bisher noch wenig bekannten Nachbehandlungsverfahren "Ultrasonic Impact Treatment" (UIT). Auf der Grundlage umfangreicher experimenteller und numerischer Untersuchungen am Konstruktionsdetail der aufgeschweißten Quersteife erfolgt die Ableitung eines einfachen Bemessungsvorschlags nach dem Nennspannungskonzept sowie die Angabe von Gültigkeitsgrenzen. Durch die Ergebnisse der Arbeit besteht die Möglichkeit, eine effektive Anwendung von höherfesten Baustählen in ermüdungsbeanspruchten Schweißkonstruktionen durch einen lokal begrenzten Einsatz von Nachbehandlungsverfahren an kritischen Konstruktionsdetails zu erreichen.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Peter Oehme, Werner Vogt
Schäden an Tragwerken aus Stahl
Schadenfreies Bauen, Band 30
2003, 152 S., 148, teilweise farb. Abb., 7 Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Anhand von Fallbeispielen beschreibt das Buch typische Schäden an Hochbauten aus Stahl, die durch Berechnungs- und Konstruktionsfehler, Fehler bei der Fertigung und Montage oder durch falsche Nutzung der Tragwerke entstanden sind. Die Autoren erläutern die Schadensursachen und ziehen daraus verallgemeinernde Lehren für eine Vermeidung solcher und ähnlicher Schäden.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
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Sascha Hothan, Dustin Häßler
Numerische und versuchstechnische Untersuchungen zur Anwendung von reaktiven Brandschutzsystemen auf Zuggliedern aus Stahl. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3313
2015, 303 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Forschungsvorhaben verfolgt im Wesentlichen das Ziel, die Anwendbarkeit von reaktiven Brandschutzsystemen auf Zugstabsystemen auf Grundlage von allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen zu ermöglichen. Zu diesem Zweck sollen neben versuchstechnischen Beurteilungsverfahren auch rechnerische Nachweismöglichkeiten im Rahmen der sogenannten Heißbemessung entwickelt werden. Die Bearbeitung des Vorhabens erfolgt in drei Blöcken. In einem ersten Block erfolgen zunächst Literaturrecherchen bezüglich vorhandener Materialgesetze (Spannungs-Dehnungs-Beziehungen) für üblicherweise verwendete Stahlwerkstoffe. Diese bilden die Eingabewerte für sich daran anschließende numerische Modellierung auf Grundlage der Finite-Elemente-Methode. Ausgehend davon erfolgt dann die Entwicklung geeigneter Berechnungsmodelle. Der zweite Block dient vornehmlich der experimentellen Untersuchung zur Erwärmung unterschiedlicher Stahlquerschnitte mit reaktiven Brandschutzsystemen. Dabei sollen vor allem die Aufheizgeschwindigkeit und die Ausbildung der Temperaturfelder analysiert werden. Ferner werden anhand der gewonnenen Daten Materialgesetze anhand von Zugversuchen an Stahlproben unter vorgegebenen Aufheizgeschwindigkeiten gewonnen. Der dritte und letzte Block umfasst die Durchführung von Zugversuchen an beschichteten Stahlbauteilen unter Brandbeanspruchung im Realmaßstab und die Absicherung der in den Blöcken 1 und 2 entwickelten Modelle. Außerdem werden Empfehlungen für die erforderlichen Nachweise bei der Erteilung von Zulassungen (Berechnungen, Versuche, Beurteilungskriterien) erarbeitet.

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Jürgen Schnell, Christian Kohlmeyer, Michael Wolbring
Untersuchungen zum Tragverhalten und zur Tragfähigkeit von Mikroverbundträgern mit Stegöffnungen. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2907
2014, 143 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Mit Verbundträgern bestehend aus dünnen Stahlstegen und Gurten aus hochfestem Beton, die über Puzzleleisten schubfest verbunden sind, lassen sich leistungsfähige und kostengünstige hybride Decken- und Dachtragwerke konstruieren. Wird der Steg durch Öffnungen geschwächt, so wie es oft nötig ist, um die Installationen in die Tragebene zu integrieren, entstehen lokale Zusatzbeanspruchungen. Wie sich diese auf das Trag- und Verformungsverhalten solcher Träger auswirken, ist bisher nicht ausreichend untersucht. Das Forschungsvorhaben umfasst sowohl experimentelle als auch rechnerische Untersuchungen. Bei den experimentellen Untersuchungen wurde unterschieden in Kleinteilversuche zur Ermittlung der lokalen Tragwirkung und der Tragfähigkeit der verwendeten Puzzleleisten und großmaßstäbliche Trägerversuche. Ziel war es, aufbauend auf diesen Untersuchungen ein Ingenieurmodell abzuleiten, welches das Tragverhalten zuverlässig beschreibt und für den bemessenden Ingenieur ein einfaches Hilfsmittel darstellt. Das Vorhaben gliederte sich in mehrere Arbeitsschritte: Das Trag- und Verformungsverhalten der Verbundträger wurde in großmaßstäblichen Traglastversuchen ermittelt. Dabei wurden die einzelnen Parameter wie Länge und Höhe der Öffnung, Lage der Öffnung im Querschnitt, Öffnungsform (rechteckig, quadratisch, rund) und die Betongurtdicke variiert. Anschließend wurden alle Versuche mit der Finite-Elemente-Methode nachgerechnet, woraus weitere Erkenntnisse über den Lastabtrag und das Tragverhalten gewonnen werden konnten. In Kleinteilversuchen wurde die Tragfähigkeit des Verbundmittels Puzzleleiste sowohl für eine reine Schub- als auch Zugbeanspruchung untersucht. Außerdem wurde in neuartigen Versuchen eine kombinierte Zug-Schub-Beanspruchung aufgebracht. Ergebnis ist eine Interaktionsbeziehung, mit der eine Bemessung der Verbundmittel unter kombinierten Beanspruchungen durchgeführt werden kann. Zudem wurde eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt, die ergeben hat, dass insgesamt betrachtet das Verbundträgerdach eine k

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Ulrike Kuhlmann, Matthias Konrad
Tragfähigkeit von Kopfbolzen bei Einsatz von Profilblechen. Schlussbericht
Bauforschung, Band T 3212
2009, 106 S., zahlr. Abb., 17 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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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Thomas Misiek
Tragverhalten dünnwandiger Bauteile aus perforierten Blechen
Bauforschung, Band T 3197
2009, 247 S., 196 Abb., 56 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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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A. Rohling, T. Mittmann
Auswirkungen der Prüfnorm ENV 13381-4 auf das Sicherheitsniveau des deutschen bauaufsichtlichen Verfahrens
Bauforschung, Band T 3096
2006, 47 S., m. 22 Abb. 30 cm,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Aussagen zur Verwendbarkeit eines Schutzsystems für Stahlbauteile werden im deutschen bauaufsichtlichen Verfahren über Prüfungen nach DIN 4102-2 (Bekleidete Stahlbauteile) bzw. die "Zulassungsgrundsätze für reaktive Brandschutzsysteme auf Stahlbauteilen" und die "Zulassungsgrundsätze für Brandschutzputzbekleidungen" definiert. Im Zuge der europäischen Harmonisierung ist durch die Erarbeitung der ENV 13381-4 ein Dokument geschaffen worden, das sowohl für die Beschichtungen und Putze als auch für Bekleidungen die Anforderungen an die Prüfung wie auch die Auswertungsverfahren zusammenstellt. lm Zuge des Forschungsvorhabens soll anhand von vorliegenden Ergebnissen aus Brandprüfungen, die nach oder in Anlehnung an die ENV 13381-4 durchgeführt wurden, beispielhafte Auswertungen nach dem grafischen und numerischen Verfahren nach ENV 13381-4 durchgeführt werden. Dabei soll ermittelt werden, in wie weit sich die Ergebnisse an denen der bisherigen DIN 4102-2 orientieren bzw. ob die Ergebnisse vergleichbare Rückschlüsse auf das thermische Verhalten des Brandschutzmaterials liefern. Die in der ENV 13381-4 angegebenen Auswertungsverfahren sind hinsichtlich des Auswertungsumfanges unterschiedlich aufwendig gestaltet. Sie unterscheiden sich weiterhin in der Möglichkeit des erweiterten Anwendungsbereiches. Die angegebenen Verfahren wirken zunächst ähnlich den in den Eurocodes angegebenen Verfahren des vereinfachten und allgemeinen Rechenverfahrens, wobei im Gegensatz zum EC in dieser Norm im voraus nicht angegeben werden kann, ob mit dem gewählten Auswerteverfahren ein entsprechendes Ergebnis erzielt werden kann. So gibt die Norm nur pauschal an, dass zunächst die numerischen Auswerteverfahren angewandt werden sollten, wobei sie keine Aussage zur Anwendbarkeit eines einzelnen Auswerteverfahrens macht. lnnerhalb dieses Forschungsvorhabens sollen daher die Verfahren zur Auswertung mittels Differentialgleichung mit variablem und konstantem Ansatz der Wärmeleitfähigkeit sowie die numerische Regressionsanalyse durchgeführt werde

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Zeitschriftenartikel

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Stollwitzer, Andreas; Fink, Josef
Die rechnerische Bestimmung der Dämpfung von Stahl?Eisenbahnbrücken - Teil 1: Theorie
Stahlbau, 2021

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Mensinger, Martin
Konstruktiver Brandschutz bei Bestandsbauten in Stahl- und Verbundbauweise
Konstruktiver Ingenieurbau KI, 2019

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Schaumann, Peter; Meyer, Patrick; Mensinger, Martin; Koh, Suet Kwan
Analyse des Tragverhaltens eines Deckensystems infolge eines Naturbrandszenarios für den Deckenhohlraum
Bautechnik, 2019

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Geißler, Karsten
Sicherheit, Robustheit, Duktilität, Ermüdungssicherheit und Dauerhaftigkeit der Tragwerke - eine Grundsatzdiskussion
Stahlbau, 2019

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Häßler, Dustin; Hothan, Sascha
Überblick zur Anwendung reaktiver Brandschutzsysteme auf Stahlzuggliedern
Stahlbau, 2018

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