DFG KU 1130 / 14 - 1

Tragverhalten von Blechen mit Längssteifen unter Interaktion von Biegemoment und Querkraft

DFG KU 1130 / 14 - 1

Zur Erweiterung der bisher beschränkten Datenbasis und zur Untersuchung des Tragverhaltens von schlanken Blechen mit Längssteifen unter Interaktion von Biegemoment und Querkraft (M-V Interaktion) wurden im Rahmen des Forschungsprojekts sechs großformatige Trägerversuche durchgeführt. In jedem Versuch wurde jeweils nur ein Parameter variiert, um den Einfluss auf das Tragverhalten und die damit verbundene Traglast zu beurteilen. Sämtliche Versuche wurden mit geschlossenen Trapezlängssteifen und einem realistischen Momentengradient durchgeführt wie es auch im heutigen Brückenbau oder schweren Hochbau üblich ist. Das für die umfangreiche Parameterstudie verwendete numerische Modell wurde anhand der durchgeführten Versuche verifiziert. Zusätzlich zu den Last-, Dehnungs- und einzelnen Wegmessungen wurden die Verformungen des betrachteten Stegfeldes mit Hilfe von Photogrammetrie während der gesamten Versuchsdurchführung erfasst, siehe Abbildung 1. Dieses Verfahren bot viele Vorteile, da es möglich war, Messungen durchzuführen ohne den Versuch lange anhalten zu müssen wie sonst mit dem klassischen Messrechen üblich. Außerdem war es möglich die einzelnen angepeilten Messpunkte in allen Koordinatenrichtungen zu “verfolgen”, was unter Verwendung des Messrechens nicht ausführbar gewesen wäre.

Neue Wege wurden bestritten zur Ermittlung der ungünstigsten Anfangsimperfektionen an Trägern unter Wirkung verschiedener Belastungen. Der neue Ansatz besteht darin ein nichtlineares Optimierungsproblem in mehrere lineare Probleme zu unterteilen, wobei eine beliebige Imperfektionsform mit Hilfe einer linearen Kombination von Basisimperfektionsformen iterativ bestimmt werden kann. Es wurde festgestellt, dass die ungünstigste Anfangsimperfektion sehr der Versagensform ähnelt.

Mit Hilfe von über 5000 Simulationen wurde das Tragverhalten der längsausgesteiften Träger im Detail analysiert und die Qualität der derzeit gültigen Bemessungsregeln überprüft. Im Rahmen der Parameterstudie wurden sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Träger mit variierender Anzahl an offenen und geschlossenen Längssteifen untersucht. Die Bemessungsregeln ergaben in vielen Fällen höhere Traglasten als die Simulationen und lagen somit auf der unsicheren Seite. Eine statistische Auswertung der Paramterstudie hat gezeigt, dass es im Grunde genommen für eine sichere Bemessung der M-V Interaktion bei symmetrischen Querschnitten ausreichend ist, einen Spannungsnachweis des Bruttoquerschnitts an der am höchsten belasteten Stelle des Beulfeldes zu führen und dabei den Teilsicherheitsbeiwert zu 1,1 zu setzen anstatt 1,0. Durch dieses Vorgehen entfallen die komplizierten Berechnungen zur Ermittlung des Tragwiderstands des Beulfeldes. Für unsymmetrische Querschnitte hat das vorgestellte neue kombinierte Modell zutreffende Ergebnisse geliefert.

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

Projektbearbeiter: Dipl.-Ing. Antonio Zizza 

Faculty of Civil and Geodetic Engineering, Chair for Metal Structures, University of Ljubljana
Prof. Dr. Darko Beg
Dr. Franc Sinur univ. dipl. ing. grad.
Dr. Klemen Rejec univ. dipl. ing. grad.

Wir danken der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG) für die Förderung dieses Forschungsprojekts.

von 2010 bis 2012