Zur Ermüdungsfestigkeit von Schweißkonstruktionen aus höherfesten Baustählen bei Anwendung von UIT-Nachbehandlung

Abstract

Der Stahlindustrie ist es in den letzten Jahren gelungen, wettbewerbsfähige höherfeste Baustähle zu entwickeln, die die Forderungen der Stahlbaupraxis nach einer hohen Festigkeit bei gleichzeitig guter Schweißeignung und hoher Zähigkeit erfüllen. Als einer der Hauptgründe für den noch immer verzögerten Einsatz von höherfesten Baustählen in Konstruktionen unter wechselnder Beanspruchung ist die Ermüdungsfestigkeit von Schweißverbindungen zu nennen, da diese im unbehandelten Zustand weitestgehend unabhängig von der Streckgrenze des Grundwerkstoffs ist. Insbesondere durch den Einsatz von Schweißnahtnachbehandlungsverfahren besteht allerdings die Möglichkeit, die Ermüdungsfestigkeit von Schweißkonstruktionen aus höherfesten Baustählen zu erhöhen. Im Stahlbau liegen bisher allerdings keine normativen Regelungen vor, um die positiven Effekte einer Schweißnahtnachbehandlung bei der Bemessung zu berücksichtigen. Die vorliegende Arbeit behandelt die Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit von Schweißkonstruktionen aus höherfesten Baustählen durch die Anwendung von Schweißnahtnachbehandlungsverfahren. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt dabei beim bisher noch wenig bekannten Nachbehandlungsverfahren „Ultrasonic Impact Treatment“ (UIT). Auf Grundlage umfangreicher experimenteller und numerischer Untersuchungen am Konstruktionsdetail der aufgeschweißten Quersteife erfolgt die Ableitung eines einfachen Bemessungsvorschlags nach dem Nennspannungskonzept sowie die Angabe von Gültigkeitsgrenzen. Durch die Ergebnisse diese Arbeit besteht die Möglichkeit, eine effektive Anwendung von höherfesten Baustählen in ermüdungsbeanspruchten Schweißkonstruktionen durch einen lokal begrenzten Einsatz von Nachbehandlungsverfahren an kritischen Konstruktionsdetails zu erreichen.

Within the last couple of years the steel industry developed competitive high strength steels, which combine the beneficial properties of a high tensile strength, a good weldability and a high toughness. One of the main reasons for the still limited application of high strength steels in structures subjected to repeated loading is the fatigue strength of welded structures, because the fatigue strength of welded structures in the as-welded state is almost independent of the yield strength of the base material. Very effective methods to enhance the fatigue resistance of welded high strength steel connections are post-weld treatment methods. However up to now it is not possible to apply their positive effects on the fatigue resistance due to the present design standards for steel structures. This thesis deals with the fatigue strength improvement by the application of post-weld treatment methods. Main attention is paid to the still rather unknown post-weld treatment method “Ultrasonic Impact Treatment” (UIT). By a large number of experimental and numerical investigations on the decisive construction detail of a transverse stiffener a detail category for the nominal stress approach has been derived under consideration of the range of validity. With the results of this thesis the possibility exists to achieve an effective application of high strength steels in welded structures subjected to fatigue loading due to the local application of post-weld treatment methods on critical construction details.