Kurzbeschreibung

Stahlkonstruktionen stellen einen beträchtlichen Anteil an der Bau- und Anlagensubstanz in Deutschland dar. Häufig erfahren diese Konstruktionen wechselnde oder dynamische Beanspruchungen, die zu Werkstoffermüdung und damit zu einer durch die Betriebsfestigkeit begrenzten Lebensdauer führen. Der deutschen Volkswirtschaft entstehen regelmäßig hohe Kosten infolge der unumgänglichen Instandhaltung und Erneuerung bestehender Bausubstanz und Infrastrukturanlagen und dies mit steigender Tendenz. Deshalb wird dem ressourcenschonenden Umgang mit Rohstoffen, d.h. der optimierten Auslegung neuer Konstruktionen, zunehmend größere Bedeutung zugemessen. Der Einsatz der höherfrequenten Hämmerverfahren im Bauwesen ist mit Blick auf die augenblickliche Situation für viele Stahlbaufirmen wirtschaftlich interessant, da sich diese Verfahren durch den im Vergleich zum Schleifen geringeren Arbeitsaufwand (Personalkosten) und durch den größeren Zugewinn an Ermüdungsfestigkeit und damit realisierbarem reduzierten Materialeinsatz auszeichnen. Der im Vergleich zum Beschleifen größere Zugewinn an Ermüdungsfestigkeit lässt sich durch die Einprägung günstiger Druckeigenspannungen erklären. Der Einsatz höherfrequenter Hämmerverfahren zusammen mit einem rechnerisch ansetzbaren Ermüdungsfestigkeitsgewinn wird im Bauwesen durch das Fehlen entsprechender Regelwerke bislang verhindert. Eine bauaufsichtliche Regelung in Form einer Norm oder Richtlinie zur Berechnung und Quantifizierung der erzielbaren Effekte sowie entsprechende Qualitätssicherungssysteme sind für die Anwendung im Bauwesen dringende Voraussetzung. Durch das beantragte Forschungsvorhaben soll ein Vorschlag für eine Bemessungsempfehlung erarbeitet werden. Dabei sind vor allem nachfolgend dargestellte Schwerpunkte von Interesse:

• Einsatz höherfester Stähle. Dadurch ist bei vorwiegend statisch beanspruchten Tragkonstruktionen durch die Reduktion der Blechdicke ein ressourcenschonender Materialeinsatz möglich. Bei geschweißten Konstruktionen mit nicht vorwiegend ruhender Beanspruchung wird in der Regel die begrenzte Ermüdungsfestigkeit der Schweißdetails für die Auslegung und damit für den Materialeinsatz maßgebend. Da die Ermüdungsfestigkeit geschweißter Details in den Regelwerken unabhängig von der Werkstofffestigkeit festgelegt ist, kann bisher durch die Verwendung höherfester Stahlwerkstoffe hier kein Vorteil erzielt werden.
• Potentiale einer Nachbehandlung. Eine Möglichkeit, die Ermüdungsschädigung bei geschweißten Konstruktionen mit wechselnder Beanspruchung zu reduzieren und auch die Vorteile der höherfesten Stähle zu nutzen, stellt der Einsatz von Verfahren der Schweißnahtnachbehandlung – speziell der höherfrequenten Hämmerverfahren - dar. Höherfrequente Hämmerverfahren (HFH) unterscheiden sich von den bislang unter dem Begriff Hämmerverfahren bekannten Methoden durch die Hämmerfrequenz und die Pin-Geometrie und damit durch die Intensität der Behandlung und den erreichten Überdeckungsgrad.

Forschungsziele

• Erstellung eines einheitlichen Bemessungskonzeptes
• Erfassung des Mittelspannungseinflusses auf die Ermüdungsfestigkeit nachbehandelter Schweißnähte
• Untersuchungen zum Einfluss von mehrstufigen Belastungen auf die Ermüdungsfestigkeit nachbehandelter Schweißnähte
• Erfassung der Effektivität einer Nachbehandlung ermüdungsvorbelasteter Schweißnähte

Industriepartner

Hochtief Solutions AG – Consult IKS Energy

EBA Eisenbahn-Bundesamt

BAST Bundesamt für Straßenwesen

Ingenieurbüro für Stahlbau und Schweißtechnik

Ingenieurbüro Knödel

BAM Bundesanstalt für Materialforschung

RP Regierungspräsidium Karlsruhe

Ingenieursozietät Peil, Ummenhofer u Partner

DVS Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V.

Hochschule München Labor für Stahl- und Leichtmetallbau