Knicken geschweißter Kastenprofile
| Titel | Title Knickversuche im Rahmen des Projekts Knicktragfähigkeit und Eigenspannungen geschweißter Kastenprofile aus höherfesten Stählen | Buckling tests in the frame of the project Buckling resistance and residual stresses of welded box sections made of high strength steels Förderer | Funding Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) / AiF/IGF |
Bericht 2023
Knicken geschweißter Kastenprofile aus höherfesten Stählen
Geknickte Stütze im Versuchsstand
Stützen mit geschweißten Kastenprofilen aus höherfesten Stählen zeichnen sich durch eine hohe Biegeknicktragfähigkeit bei geringem Eigengewicht aus. Die Tragfähigakeit wird durch geometrische und strukturelle Imperfektionen beeinflusst. Dabei haben die durch den Schweißprozess eingebrachten Eigenspannungen eine besondere Bedeutung. Im Bereich der Schweißnähte entstehen durch den Abkühlprozess Zugeigenspannungen, die aufgrund des sich über den Bauteilquerschnitt einstellenden Gleichgewichts zu Druckeigenspannungen führen. Letztere leiten in Kombination mit den Druckspannungen aus den Einwirkungen ein früheres Plastizieren und Versagen der Stützen ein.
Die Knicktragfähigkeit von Stäben aus höherfesten Stählen mit geschweißten Querschnitten werden im geltenden Eurocode 3 und der Folgenorm nur unzureichend erfasst. Gründe hierfür sind fehlende Kenntnisse über die Eigenspannungen durch den Schweißprozess sowie die unzureichende experimentelle und strukturmechanische Validierung der Knicktragfähigkeit. Die vorliegenden Regeln wurden für Stähle bis S355 validiert, sodass die Übertragung der Ergebnisse auf höherfeste Stähle insbesondere im mittleren Schlankheitsbereich sehr konservativ ist. Durch eine realitätsnahe Bewertung können die nutzbaren Tragfähigkeiten z. T. erheblich gesteigert werden.
Im Rahmen des AiF-FOSTA-Forschungsvorhabens P1588 werden die Eigenspannungsverteilungen und Knicktragfähigkeiten von Stützen mit geschweißten Kastenprofilen untersucht. Variiert werden die Parameter Energieeintrag durch den Schweißprozess, Querschnittsabmessungen, Knicklängen und die Festigkeit der Stähle. Die Untersuchungen erfolgen experimentell und durch numerische Berechnungen für Stähle S460 bis S960. Die Ergebnisse münden in einer Neubewertung der Zuordnung der Druckstäbe zu Knicklinien und in normierten Eigenspannungsverteilungen für strukturmechanische Berechnungen.
Die Biegeknickversuche werden im OML durchgeführt. Dabei werden spezielle Auflager aus einer Sonderfertigung für die Versuche verwendet. Durch ergänzende Schweißstruktursimulationen und numerische Traglastuntersuchungen (GMNIA) wird der praxisrelevante Parameterraum erschlossen.