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Bemessung von ermüdungsbeanspruchten Bauteilen aus hoch- und ultrahochfesten Feinkornbaustählen im Kran- und Anlagenbau (P778)

Bemessung von ermüdungsbeanspruchten Bauteilen aus hoch- und ultrahochfesten Feinkornbaustählen im Kran- und Anlagenbau (P778)
Ansprechpartner:Dipl.-Ing. Jennifer Hrabowski
Dr.-Ing. Stefan Herion
Förderung:

FOSTA

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Kurzbeschreibung

Da die Leistungsfähigkeit und die Wirtschaftlichkeit im Kran- und Mobilkranbau durch die Anwendung hochfester Stähle erheblich gesteigert werden kann, hat sich das Praktikergespräch Kranbau in den vergangenen Jahren mit der sys-tematischen Untersuchung der Ermüdungsfestigkeit von typischen Kerbdetails aus hochfesten Stählen befasst. Innerhalb des hier vorgestellten Forschungs-vorhabens wurden die bisherigen Untersuchungen ausgeweitet und ergänzt, sowie der theoretische Hintergrund anhand verschiedener Richtlinien zur Er-müdungsbemessung aufgearbeitet.

Das Forschungsprojekt befasst sich zum einen mit den Grundlagen der Nach-weisführung bei ermüdungsbeanspruchten Stahlbauteilen, insbesondere von kranbauspezifischen Kerbdetails. Hierzu existieren umfangreiche Normen (z.B. Eurocode 3, DIN 15018-1, DIN EN 13001-3-1) und Regelwerke (IIW-Dokument und FKM-Richtlinie), die auf einheitlichen mechanischen Grundlagen beruhen. Bei der praktischen Umsetzung sind jedoch teilweise grundlegende Unter-schiede zwischen den verschiedenen Dokumenten hinsichtlich Methodik, Zeit-aufwand und der erzielten Ergebnisse bei einem durchgeführten Ermüdungs-nachweis festzustellen. Des Weiteren werden die grundlegenden Charakteristi-ka sowie die Vorgehensweise beim Ermüdungsnachweis erläutert und mitein-ander verglichen sowie die maßgeblichen Unterschiede hinsichtlich der Nach-weisführung und der grundlegenden Annahmen herausgearbeitet.

Zum anderen werden die Ergebnisse umfangreicher Versuche zum Ermü-dungsverhalten von verschiedenen im Kranbau üblicherweise eingesetzten Kerbdetails zusammengestellt. Das Detail „aufgeschweißte Teller“ sowie die „aufgeschweißte Schienenklemme unter Druckbeanspruchung“ werden erstma-lig untersucht. Für die bekannten und katalogisierten Details „aufgeschweißte Längssteife“ und „Stumpfnaht“ wird der Kurzzeitfestigkeitsbereich zwischen 10.000 und 40.000 Lastspielen untersucht. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den Werkstoffen S690QL, S960QL und S1100QL. Zusätzlich wird der thermo-mechanisch gewalzte Stahl DOMEX960 und der ultrahochfeste Stahl S1300QL in die Untersuchungen mit einbezogen. Zudem werden hier die Grundlagen aus der Nachweisführung anhand numerischer Berechnungen ausgewählter Details verifiziert. Damit erfolgt eine genauere und realistischere Bewertung von im Kranbau typischen Kerbdetails aus hoch- und ultrahochfesten Stählen, was zu einem wirtschaftlicheren Einsatz dieser Stähle bei gleichzeitiger Erhöhung der Leistungsfähigkeiten der Krane bei gleichem Gewicht führt.

In einem weiteren Schwerpunkt des Projekts wird gezeigt, wie durch Messun-gen während des Betriebs auf der Baustelle an mehreren Turmdrehkranen realistische Beanspruchungskollektive ermittelt werden. Beim Betriebsfestig-keitsnachweis wie auch beim statischen Festigkeitsnachweis von Turmdreh-kranen ist es wichtig, die Höhe der Belastungen so festzulegen, dass sie siche-re Ergebnisse liefern und trotzdem der Realität entsprechen. Sie sollten dabei also nur geringfügig größer sein als die tatsächlich auftretenden Belastungen, um keine unwirtschaftlichen Produkte zu entwickeln, die im internationalen Wettbewerb nicht bestehen können. Daher sind bei der Bemessung genaue Kenntnisse der Einsatzbedingungen und des Betriebsverhaltens der Krane von großer Bedeutung. Die aufgezeichneten Nutzlast- und Lastmomentenkollektive geben dabei einen Einblick in die Beanspruchungssituation auf heutigen Bau-stellen. Die Auswertung der Messreihen ermöglicht einen ersten Vergleich mit der normativen Einstufung dieser Krane nach nationalen und internationalen Regelwerken. Dieses Vorhaben rundet bisherigen Forschungsarbeiten ab und stellt damit eine sinnvolle und notwendige Ergänzung der zurückliegenden Projekte im bereich Kran- und Anlagenbau dar.

 

Projektpartner

Lehrstuhl für Stahlbau und Leichtmetallbau, RWTH Aachen
Lehrstuhl für Stahl- und Leichtmetallbau, Fachhochschule München

Projektpartner

Demag Cranes & Components GmbH
Dillinger Hütte GTS
Faun GmbH
Gottwald Port Technology GmbH
Ilsenburger Grobblech GmbH
Kranbau Köthen GmbH
Liebherr Werk Biberach GmbH
Liebherr Werk Ehingen GmbH
SSAB Oxelösund AB
Terex-Demag GmbH&Co.KG
ThyssenKrupp Steel AG
V&M Deutschland GmbH
Voestalpine Grobblech GmbH

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Projektbeschreibung (PDF)