FoKnoBle

Konstruktionen aus Kreishohlprofilen (KHP) und Rechteckhohlprofilen (RHP) werden gerne im Stahl-, Brücken-, Landmaschinen und Fahrzeugbau verwendet. Durch die zyklischen Belastungen deren diese Konstruktionen unterworfen sind, wie z.B. durch die Überfahrten aus dem Straßenverkehr bei Brückenkonstruktionen, müssen diese Bauwerke neben der statischen Bemessung auch gegen ein Ermüdungsversagen ausgelegt werden.

Kritisch sind hierbei insbesondere die Anschlussdetails, der meist als Fachwerke ausgeführten Konstruktionen, da diese Bereiche aufgrund der auftretenden sekundären Biegemomente und den lokalen Spannungskonzentrationen am Knoten besonders hoch belastet sind. Da sowohl die statische Knotentragfähigkeit, als auch die ermüdungssichere Ausführung des Knotenanschlusses bei Fachwerkkonstruktionen häufig maßgebend für die Bemessung ist, führt dies oftmals zu größeren Wanddicken und Abmessungen der Profile und damit zu unwirtschaftlichen Konstruktionen.

Im Zuge dieses Forschungsprojektes ist geplant den Knotenbereich durch die Verwendung von Anschlussblechen, die in Bezug auf die Form und der vorhandenen Spannungsverteilung im Knoten zu optimieren sind. Leichtere und wirtschaftlichere Fachwerkkonstruktionen sollen somit ermöglicht werden. Durch die Verwendung von Knotenblechen können die sekundären Biegemomente verringert und die für die Ermüdungsbemessung kritischen Schweißkerben, die durch die Schweißarbeiten zwangsweise in die Konstruktion eingebracht werden, in geringer beanspruchte Bereiche verlagert werden. Außerdem sollen die Verwendung von Anschlussblechen auch für Krankonstruktionen ermöglicht werden. Aufgrund der im Kranbau üblichen hoch und höherfesten Stahlsorten sollen auch diese Stahlgüten zur Anwendung kommen.

Die Bemessung auf Basis von Nennspannungen ist in der Praxis weit verbreitet, liefert jedoch sehr konservative Werte sowohl für die statische, als auch für die Ermüdungsbemessung, weshalb bei Hohlprofilkonstruktionen die Bemessung mit Hilfe von Strukturspannungen bzw. Spannungskonzentrationsfaktoren (SCF) bevorzugt wird. Für beide Bemessungsmethoden stehen jedoch bisher keine Bemessungsempfehlungen für das Detail der eingesetzten Knotenbleche zur Verfügung, weshalb solche Empfehlungen auch im Hinblick auf die Fertigung und den nötigen Zuschnitt mit einem geeigneten Verfahren erarbeitet werden sollen.

Die Formoptimierung soll zunächst an Hand von numerischen Berechnungen durchgeführt und im Anschluss durch eine Vielzahl an Ermüdungsversuchen überprüft werden. Auch eine Übertragbarkeit der Versuchsergebnisse auf reale Strukturen soll mit Hilfe einer geringen Anzahl an Großbauteilversuchen überprüft werden.

Zusammenfassung der Forschungsziele:

• Definition bemessungsrelevanter Einwirkungsparameter auf das Trag- und Ermüdungsverhalten von Hohlprofilknoten mit Knotenblechen
• Entwicklung und Validierung eines Knotendetails inklusive Fertigungskonzepts für eine optimierte Spannungsverteilung im Knoten
• Ausarbeitung und Erprobung eines Konzeptes zur wirtschaftlichen Herstellung der Knoten unter Berücksichtigung verschiedener Schneideverfahren
• Experimentelle und numerische Erfassung des Trag- und Verformungsverhaltens der Hohlprofilknoten und auftretender Versagensmechanismen unter ermüdungswirksamer Beanspruchung
• Erarbeitung von konkreten Empfehlungen als Grundlage für die baupraktische Umsetzung des favorisierten Knotendesigns
• Erarbeitung von einfachen auf Strukturspannungen beruhenden Bemessungsempfehlungen

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Zuwendungsgeber:
Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V.