Problemstellung/Zielvorstellung

Problemstellung

Der deutschen Volkswirtschaft entstehen regelmäßig außerordentlich hohe Kosten infolge der unumgänglichen Instandhaltung und Erneuerung bestehender Bausubstanz und Infrastrukturanlagen und dies mit steigender Tendenz. Ein wesentlicher Anteil des Bauvolumens umfasst Stahlkonstruktionen. Diese werden häufig durch dynamische oder wechselnde Belastungen beansprucht. Beispielhaft können Brücken, Krane und Windenergieanlagen genannt werden. Die Lebensdauer dieser Anlagen wird vorrangig durch die Ermüdungsfestigkeit kritischer Kerbdetails bestimmt, so dass eine Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit dieser Details in den meisten Fällen zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Gesamtkonstruktion führt.

Das bei Stahlkonstruktionen heutzutage am häufigsten angewendete Fügeverfahren ist das Schweißen. Entgegen den vielen positiven fügetechnischen Aspekten reduziert die Ausbildung von Schweißnähten jedoch die Ermüdungsfestigkeit der gefügten Bauteile stark. Eine Möglichkeit diesen nachteiligen Effekt, der eine deutliche Reduktion der Lebensdauer wechselnd beanspruchter Konstruktionen und damit eine beträchtliche Belastung der Volkswirtschaft darstellt, zu reduzieren, bieten Verfahren zur Schweißnahtnachbehandlung. Deren Anwendung erfolgt bereits vereinzelt im Maschinenbau mit guten Ergebnissen. Voraussetzung für eine breite Einführung von lebensdauerverlängernden Maßnahmen, insbesondere im Bauwesen ist, dass diese Bestandteil eines ganzheitlichen Konzepts werden. Dies bedeutet, dass neben der reinen Anwendung der Verfahren zur Lebensdauerverlängerung bestehender und neuer Stahlkonstruktionen, Verfahren zur Berechnung und Quantifizierung der erzielbaren Effekte sowie entsprechende Qualitätssicherungssysteme bereitgestellt werden müssen. Ein solches ganzheitliches Konzept muss den Lebenszyklus von der Fertigung über die Nutzung und die Instandsetzung abbilden können. Einsatzmöglichkeiten, Auswirkungen sowie Grenzen der Verfahren müssen auf der Basis umfassender statistisch abgesicherter Untersuchungen als Stand der Technik anerkannt sein und Bestandteil entsprechender Richtlinien werden.

Zielstellung

Ziel des Projektes REFRESH ist die Wirksamkeit hochfrequenter Nachbehandlungmethoden zur Steigerung der Emüdungsfestigket bestehender und neuer geschweißten Stahlkonstruktionen zu verifizieren und ein ganzheitliches Konzept für deren optimale Anwendung, deren Überwachung und deren Berücksichtigung bei der Bemessung zu entwickeln. Dies soll durch die Einbeziehung von Ausrüstern und Anwendern sowie anerkannten Prüfstellen realisiert werden. Auf Basis fundierter Untersuchungen und umfassender Vorarbeiten soll eine Akzeptanz der zu entwickelnden Methoden und Verfahren durch die entsprechenden Normungs- und Zertifizierungsgremien erzielt werden, damit diese nach Abschluss des Projektes Eingang in die Regelwerke finden.

Im Mittelpunkt der Untersuchungen stehen als viel versprechende Schweißnaht- Nachbehandlungsverfahren hochfrequente Hämmerverfahren. Die Einflussparameter der Verfahren werden im Rahmen des Projektes von den Ausrüstern Dynatec GmbH und Applied Ultrasonics analysiert und optimiert.

Die Qualitätssicherung soll durch die Überprüfung der randschichtnahen Auswirkungen der Nachbehandlung am Bauteil erfolgen. Als Messverfahren werden von der LKT GmbH mikromagnetische Verfahren zu einem in situ einsetzbaren einfachen Qualitätssicherungssystem weiterentwickelt. Bei der Weiterentwicklung der Verfahrensparameter werden frühzeitig die Anforderungen der an dem Projekt beteiligten Anwender miteinbezogen.

Die versuchstechnische Verifikation der Wirksamkeit der Verfahren und der damit verbundenen Auswirkungen auf die randschichtnahen Gefügeausbildung sowie auf die Ermüdungsfestigkeit der Bauteile wird durch die unabhängigen Forschungseinrichtungen, das Institut für Bauwerkserhaltung und Tragwerk und die Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine, durchgeführt.

Durch die Entwicklung eines auf Finite Elemente Methoden basierenden Berechnungsverfahrens, wird eine Berücksichtigung der Ermüdungsfestigkeitssteigernden Effekte bei der Bemessung von Bauteilen mit unterschiedlichen Kerbdetails möglich.

Das breite Anwenderfeld ermöglicht direkt am Markt orientierte, grundlegende Vorarbeiten für die breite Einführung der Verfahren nach Abschluss des Projektes. Hierzu werden insbesondere auch Normungs- und Zertifizierungsgesellschaften frühzeitig eingebunden.