AiF / IGF 325 ZBG

Ermüdungsgerechte Fachwerke aus Rundhohlprofilen mit dickwandigen Gurten

AiF / IGF 325 ZBG, FOSTA P815

Geschweißte Rundhohlprofilkonstruktionen unter Ermüdungsbeanspruchung weisen eine weite Verbreitung im Bauwesen, Maschinen- und Anlagenbau auf. Geschweißte K-Knoten aus Rundhohlprofilen, bei denen der Gurt und zwei anschließende Streben die Form eines liegenden K bilden, treten besonders häufig auf und waren deshalb Gegenstand dieses Forschungsvorhabens. In jüngster Zeit werden vermehrt dickwandige Konstruktionen mit einer Gurtschlankheit γ = r₀/t₀ < 12 eingesetzt, für deren Realisierung es noch keine entsprechenden Regeln gibt. Da die planenden Ingenieurbüros und fertigenden Unternehmen i. d. R. nicht die wirtschaftliche Position besitzen, eigens abgestellte Versuchsreihen mit kostenintensiven Schwingversuchen zu fahren, besteht die Notwendigkeit, für geschweißte dickwandige ermüdungsbeanspruchte Hohlprofilfachwerke einfach zu handhabende Konstruktions- und Bemessungshilfen zu schaffen. Daraus ergibt sich speziell für kleine und mittlere Unternehmen ein großes Potential an Kosten- und Materialeinsparung. Das Forschungsvorhaben beschäftigte sich daher eingehend mit dem Ermüdungsverhalten von ebenen und räumlichen K-Knoten in dickwandigen Hohlprofilfachwerken in einer gesamtheitlichen Betrachtungsweise. Ziel war es, Empfehlungen für eine ermüdungsgerechte und zugleich wirtschaftliche Umsetzung von solchen Konstruktionen zu entwickeln. Im Forschungsbericht wird der Stand der Wissenschaft und Technik mit Blick auf das Ermüdungsverhalten von dickwandigen Hohlprofilkonstruktionen zusammenfassend dargestellt, aus dem sich die zu klärenden offenen Fragestellungen und das Versuchsprogramm dieses Forschungsvorhabens ableiteten. Unter dem Aspekt der Ermüdung wurden besondere Empfehlungen für die Planung und für die Fertigung von dickwandigen Hohlprofilkonstruktionen erarbeitet. Mit Blick auf die Bedürfnisse der Praxis wurde als Gurt-Strebenanschluss eine Kombination aus Stumpf- und Kehlnaht betrachtet. Diese Ausführung hat gegenüber dem reinen Stumpfnahtanschluss zum einen schweißtechnische und zum anderen wirtschaftliche Vorteile. Zur Bestimmung der Ermüdungsfestigkeit dickwandiger Hohlprofilkonstruktionen wurde ein umfangreiches Versuchsprogramm mit Knotenschwingversuchen unter Strebenbelastung, unter Gurtbelastung und unter kombinierter Belastung von Gurt und Streben gefahren. Außerdem wurde ein großmaßstäblicher Trägerschwingversuch durchgeführt. Besonderes Augenmerk wurde in den Knotenschwingversuchen zum einen auf den Aspekt des Größeneinflusses auf das Ermüdungsverhalten gelegt. Zum anderen stand die Untersuchung zum Einfluss einer Schweißnahtnachbehandlung durch inzwischen industriell verfügbare höherfrequente Hämmerverfahren auf die Ermüdungsfestigkeit im Mittelpunkt. Diese Untersuchungen wurden durch mehrere Kleinversuchsserien ergänzt, die wichtige Hinweise für die Bewertung von nachbehandelten Hohlprofilkonstruktionen und zur Bewertung von Reparaturschweißungen lieferten.

Institut für Konstruktion und Entwurf, Universität Stuttgart
Leiterin der Forschungsstelle:
Prof. Dr.-Ing. U. Kuhlmann

Projektbearbeiter: Dipl.-Ing. Mathias Euler

Institut für konstruktiven Ingenieurbau – Stahlbau, Universität der Bundeswehr München

Labor für Stahl- und Leichtmetallbau, Hochschule München

Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH

Dieses IGF-Vorhaben der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. (FOSTA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Von 2009 bis 2013