Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGPWeiterentwicklung der Kerbfallklassen nach EC3 für nichtgeschweißte Konstruktionsdetails unter Ansatz der synthetischen Wöhlerlinie unter Berücksichtigung stahlbautypischer Fertigungspraxis
In vielen technischen Bereichen ist ein Großteil der auftretenden Schäden an Konstruktionen auf Ermüdungsbelastungen zurückzuführen. Der Nachweis der Ermüdungssicherheit ist somit ein wichtiger Bestandteil zur Gewährleistung der Zuverlässigkeit einer Konstruktion. Für den Bereich des Stahlbaus ist dieser Nachweis im Eurocode 3 mit festen Ermüdungswiderständen für bestimmte Konstruktionsdetails geregelt. Insbesondere für die nichtgeschweißten Konstruktionsdetails existieren Konservativitäten im Nachweis, welche eine ressourceneffiziente Bemessung nicht ermöglichen und in Überdimensionierung münden.
Problemstellung
Der Nachweis der Ermüdungsfestigkeit von Stahlbaukonstruktionen erfolgt i. d. R. nach dem Nennspannungskonzept. Dies ist ein leistungsfähiges Nachweiskonzept, welches insbesondere für die Bemessungspraxis in Ingenieurbüros, aber auch für die iterative Bemessung im Bereich von Tragstrukturen für WEA oder Brückenbauwerke von besonderer Bedeutung ist. Es existieren jedoch, insbesondere für die nichtgeschweißten Konstruktionsdetails, Konservativitäten in der Bemessung, welche den stetigen Bestrebungen zur Realisierung von ressourceneffizienten und gewichtsoptimierten Strukturen entgegenstehen. Um dieser Divergenz zu begegnen soll eine Erweiterung des Nachweiskonzeptes erfolgen, welches die Konservativitäten in der Bemessung beseitigt und zugleich die Einflüsse einer stahlbaulichen Fertigungspraxis geeignet berücksichtigt.
Lösungsweg
Im Zuge des Forschungsvorhabens sollen eine Reihe von nichtgeschweißten Konstruktionsdetails untersucht werden, welche zu einer Weiterentwicklung des Nachweises der Ermüdungsfestigkeit nach dem Eurocode 3 unter Ansatz der synthetischen Wöhlerlinie beiträgt. Diese Weiterentwicklung umfasst sowohl die Wöhlerliniensteigung als auch die Möglichkeit zur Berücksichtigung der Werkstofffestigkeit für nichtgeschweißte Bauteile und Anschlüsse mit mechanischen Verbindungsmitteln, wobei der spezielle Aspekt der Fertigungs- und Montagepraxis im Stahlbau zu beachten ist. Durch die systematische Variation von Einflussgrößen, welche das Ermüdungsverhalten mitbestimmen, können wichtige Erkenntnisse darüber gewonnen und letztlich für eine Bemessung zugänglich gemacht werden. Schlussendlich sollen diese Erkenntnisse in ein Nachweisformat fließen, das im Kontext des Nennspannungskonzeptes eingegliedert ist und die wichtigen Einflussfaktoren im Nachweis nach der synthetischen Wöhlerlinie erfassen.
Nutzen
Mithilfe der Ergebnisse des Forschungsprojektes soll der Nachweis der Ermüdungsfestigkeit nach dem Eurocode 3 eine entsprechende Weiterentwicklung erfahren. Mit dieser Weiterentwicklung soll es KMUs ermöglicht werden, eine zutreffende Prognose der Ermüdungsfestigkeit auf Basis rein analytischer Berechnungen vorzunehmen, welche gleichzeitig zur Ressourceneffizienz und Steigerung der Leistungsfähigkeit der Produkte durch höhere Ermüdungswiderstände beiträgt.
