Tragverhalten versteifter großer Stegöffnungen im Stahlleichtbau

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Mathias Euler
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565966528

Forschungsgegenstand | Die Tragwerke des Stahlhochbaus und der Ingenieurbauwerke (wie z. B. Stahlbrücken) bestehen zu einem großen Teil aus Trägerstrukturen, die zur Ressourcenschonung aus geschweißten Vollwandträgern mit (sehr) dünnen, schlanken Stegen und vergleichsweise kräftigen Gurten bestehen. Die Trägerstege sind überwiegend eben, können aber auch eine Profilierung (Wellsteg, Trapezsteg) aufweisen. Mit Blick auf die Gebrauchstauglichkeit erschweren die Stege von Vollwandträgern die Führung von Leitungen und Kanälen, die für die Bauwerksfunktion notwendig sind. Aus diesem Grund sind Stegöffnungen eine übliche Maßnahme, die bei entsprechender Versteifung der Öffnung (Versteifungskranz) die Effizienz der Bauweise nur geringfügig schmälern soll. Fragestellung | Die Anordnung großer Stegöffnungen verändert die Spannungsverteilung innerhalb des Trägers und beeinflusst damit maßgeblich dessen Tragfähigkeit und Steifigkeit, insbesondere bei unzureichender Versteifung der Stegöffnungen. Daher ist es für die Effizienz des modernen Stahlbaus, insbesondere des Leichtbaus, eine notwendige Voraussetzung, dass das Tragverhalten von Vollwandträgern mit großen versteiften Stegöffnungen grundsätzlich verstanden wird und quantitativ beschrieben werden kann. In der Fachliteratur gibt es empirische Studien, numerische Untersuchungen und vereinfachte Berechnungsmodelle, die jedoch überwiegend nur eine Stegform und/oder Belastungsart betrachten. Bislang fehlt ein geschlossenes, allgemein gültiges Erklärungsmodell für das Tragverhalten versteifter großer Stegöffnungen. Forschungsziel | Das Forschungsvorhaben möchte grundlegend das Tragverhalten von versteiften großen Stegöffnungen theoretisch und experimentell erforschen. Es soll ein allgemein gültiges analytisches Modell entwickelt werden, das unabhängig von der Art des Trägerstegs (eben, profiliert), der Form der Öffnung (rund, rechteckig) und der Art der Trägerbeanspruchung ist. Das im Rahmen einer solchen Grundlagenforschung zu entwickelnde Modell soll ein Ausgangspunkt für nachgelagerte zukünftige anwendungsnahe Forschungsprojekte (z. B. IGF, Zukunft Bau) sein, in denen Bemessungsregeln für zukünftige technische Baubestimmungen hergeleitet werden. Arbeitsprogramm | Das Forschungsziel soll durch analytische, numerische und experimentelle Untersuchungen in einem Arbeitsprogramm mit fünf Arbeitspaketen erreicht werden. Ein wesentlicher Bestandteil des Arbeitsprogramms bilden 72 Traglastversuche an Trägern mit ebenen, gewellten und trapez- oder dreieckförmig profilierten Stegen. Diese Versuche dienen als Validierungsgrundlage für die numerischen und analytischen Untersuchungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen