Tragverhalten von Blechen mit Längssteifen unter Interaktion von Biegemoment und Querkraft
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zur Erweiterung der bisher beschränkten Datenbasis und zur Untersuchung des Tragverhaltens von schlanken Blechen mit Längssteifen unter Interaktion von Biegemoment und Querkraft (M-V Interaktion) wurden im Rahmen des Forschungsprojekts sechs großformatige Trägerversuche durchgeführt. In jedem Versuch wurde jeweils nur ein Parameter variiert, um den Einfluss auf das Tragverhalten und die damit verbundene Traglast zu beurteilen. Sämtliche Versuche wurden mit geschlossenen Trapezlängssteifen und einem realistischen Momentengradient durchgeführt wie es auch im heutigen Brückenbau oder schweren Hochbau üblich ist. Die Versuche sind ausführlich dokumentiert und können den bemessenden Ingenieuren als sogenannte “Benchmarks” dienen, um ihre eigenen numerischen Modelle zu beurteilen. Das für die umfangreiche Parameterstudie verwendete numerische Modell wurde anhand der durchgeführten Versuche verifiziert. Zusätzlich zu den Last-, Dehnungs- und einzelnen Wegmessungen wurden die Verformungen des betrachteten Stegfeldes mit Hilfe von Photogrammetrie während der gesamten Versuchsdurchführung erfasst. Dieses Verfahren bot viele Vorteile, da es möglich war, Messungen durchzuführen ohne den Versuch lange anhalten zu müssen wie sonst mit dem klassischen Messrechen üblich. Außerdem war es möglich, die einzelnen angepeilten Messpunkte in allen Koordinatenrichtungen zu “verfolgen”, was unter Verwendung des Messrechens nicht ausführbar gewesen wäre. Neue Wege wurden bestritten zur Ermittlung der ungünstigsten Anfangsimperfektionen an Trägern unter Wirkung verschiedener Belastungen. Der neue Ansatz besteht darin, ein nichtlineares Optimisierungsproblem in mehrere lineare Probleme zu unterteilen, wobei eine beliebige Imperfektionsform mit Hilfe einer linearen Kombination von Basisimperfektionsformen iterativ bestimmt werden kann. Die Methode sucht nach der Wichtung jeder Basisimperfektion, um die ungünstigste Imperfektionsform zu erhalten. Obwohl nur eine begrenzte Anzahl an Trägern untersucht wurde, konnte man sehen, dass unter Verwendung der ungünstigsten Imperfektion bis zu 10 % niedrigere Traglasten herauskamen im Vergleich zu Trägern unter Ansatz der Imperfektionen aus den Empfehlungen der Regelwerke. Es wurde weiterhin festgestellt, dass die ungünstigste Anfangsimperfektion sehr der Versagensform ähnelt. Mit Hilfe von uber 5000 Simulationen wurde das Tragverhalten der längsausgesteiften Träger im Detail analysiert und die Qualität der derzeit gültigen Bemessungsregeln überprüft. Im Rahmen der Parameterstudie wurden sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Träger mit variierender Anzahl an offenen und geschlossenen Längssteifen untersucht. Die Bemessungsregeln ergaben in vielen Fällen höhere Traglasten als die Simulationen und lagen somit auf der unsicheren Seite. Eine statistische Auswertung der Paramterstudie hat gezeigt, dass es im Grunde genommen für eine sichere Bemessung der M-V Interaktion bei symmetrischen Querschnitten ausreichend ist, einen Spannungsnachweis des Bruttoquerschnitts an der am höchsten belasteten Stelle des Beulfeldes zu führen und dabei den Teilsicherheitsbeiwert zu 1,1 zu setzen anstatt 1,0. Durch dieses Vorgehen entfallen die komplizierten Berechnungen zur Ermittlung der Tragwiderstands des Beulfeldes. Für unsymmetrische Querschnitte hat das vorgestellte neue kombinierte Modell zutreffende Ergebnisse geliefert. Weitere Arbeiten sind nötig um die optimale Position von Längssteifen in Abhängigkeit der Belastung zu ermitteln sowie zur Bemessung der Quersteifen. Auch wären Untersuchungen mit Flanschen an der Grenze zum Klasse 3-Querschnitt interessant. Wichtig erscheint auch den Einfluss von Zugspannungen auf das Beulverhalten zu analysieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Buckling Interaction of Slender Plates. In: Dubina D. (Ed.): Proceedings of the 6th International Conference on Thin Walled Structures. Timisoara, Romania, September 5-6th, 2011, pp. 1049-1056
Sinur, F.; Zizza, A.; Kuhlmann, U.; Beg, D.
- Beulverhalten längsausgesteifter Platten unter Interaktion von Biegung und Querkraft. Stahlbau 81, Heft 11, 2012, S. 820-827
Kuhlmann, U.; Beg, D.; Zizza, A.; Sinur, F.
- Buckling interaction of slender plates - Experimental and numerical investigations. Thin-Walled Structures, Volume 61, December 2012, pp. 121-131
Sinur, F.; Zizza, A.; Kuhlmann, U.; Beg, D.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.tws.2012.03.024) - Tragverhalten von Blechen mit Längssteifen unter Interaktion von Biegemoment und Querkraft - Experimente und Simulation. In: 18. DASt-Forschungs-kolloquium. Aachen, 17.-18. Oktober 2012, S.70-75
Zizza, A.; Sinur, F.
