Beurteilung des Tragverhaltens von Flankenkehlnahtverbindungen aus normal- und höherfestem Baustahl unter Berücksichtigung statistischer Kriterien

Abstract

In der modernen Architektur führt der Wunsch nach immer schlankeren und filigraneren Konstruktionen mit größeren Spannweiten oder hohen Beanspruchungen konsequenterweise zum Einsatz von höherfesten Baustählen. Infolgedessen lassen sich zum Teil erhebliche Einsparungen erzielen, nicht nur beim Materialeinsatz, sondern auch bei nachgelagerten Prozessen, bspw. der Herstellung von Schweißnahtverbindungen. Gleichwohl hängt die Höhe der Einsparung u. a. von den Bemessungskriterien ab, die für den konkreten Fall maßgebend werden. Insbesondere für Kehlnahtverbindungen wird in den geltenden Bemessungskonzepten nach EN 1993-1-8 derzeit lediglich die Festigkeit des Grundwerkstoffs berücksichtigt. Zusätzlich wird explizit verlangt, dass die für den Schweißzusatzwerkstoff spezifizierten Materialeigenschaften mindestens denen des verschweißten Grundwerkstoffs entsprechen müssen. Anhand bereits abgeschlossener Forschungsvorhaben konnte ein signifikanter Einfluss des Schweißzusatzwerkstoffs auf die Festigkeit der Kehlnahtverbindung festgestellt und ein neues Bemessungsmodell entwickelt werden, das den Einfluss des Schweißzusatzwerkstoffs ebenfalls berücksichtigt. Jedoch ist bislang die Anwendung des neuen Bemessungsmodells für sogenannte Mischverbindungen ungeklärt. Unter einer Mischverbindung versteht man eine geschweißte Verbindung aus Baustählen unterschiedlicher Festigkeitsklassen und einer dazu passenden oder abweichenden Festigkeitsklasse des Schweißzusatzwerkstoffs. Demzufolge ist die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit auf Basis von experimentellen Untersuchungen an geschweißten Flankenkehlnahtverbindungen aus normal- und höherfestem Baustahl sowohl die Anwendbarkeit des bestehenden als auch des neu entwickelten Bemessungsmodells zur Bestimmung der Tragfähigkeit zu verifizieren und weiterzuentwickeln. Hierzu wird ein speziell angepasstes statistisches Auswerteverfahren konzipiert, das prinzipiell auf Fälle angewendet werden kann, die ein Bauteilversagen auf Bruch aufweisen. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen einerseits, dass die Bemessungsmodelle für die Mischverbindungen eine akzeptable Übereinstimmung liefern, andererseits aber durch angepasste Korrelationsbeiwerte beta_w wirtschaftlich optimiert werden können. Zusätzlich zur Tragfähigkeit wurden die Versuchsergebnisse der Flankenkehlnahtverbindungen hinsichtlich ihrer Verformungsfähigkeit ausgewertet. Mit Hilfe dieser Ergebnisse konnte ein analytischer Ansatz zur Abschätzung der Verformung einer Flankenkehlnaht abgeleitet werden, der mit dem angepassten statistischen Auswerteverfahren verifiziert wurde. Mögliche Anwendungsfelder der Verformungsberechnung sind die Kapazitätsbemessung eines Gebäudes im Lastfall Erdbeben oder die Verifizierung von numerischen Untersuchungen an Flankenkehlnahtverbindungen.