Zur Materialermüdung infolge Stegatmung

Abstract

Geschweißte Stahlträger mit schlanken Stegblechen haben im Verhältnis zu ihrem Eigengewicht eine sehr hohes Tragvermögen und ermöglichen sehr leichte und wirtschaftliche Konstruktionen. Unter Belastung verformen sich die schlanken Stegbleche aus ihrer Ebene heraus. Diese Beulverformungen haben keinen Einfluß auf die statische Grenztraglast des Trägers. Bei Stahlbrücken können die Stegblechverformungen jedoch nach genügender Anzahl von Überfahrten zu Ermüdungsrissen entlang der Schweißnähte und schließlich zum Versagen des Bauteils führen. Das Trag- und Ermüdungsverhalten von Stahlträgern mit schlanken Stegen ist dargestellt und theoretisch und experimentell untersucht. Mit Hilfe der Erkenntnisse aus eigenen Ermüdungsversuchen an vier großen Stahlträgern werden umfangreiche numerische Parameterstudien durchgeführt. Schwerpunkte der Untersuchungen sind die Anfangsverformung der Stegbleche und die Belastung reine Biegung, reine Querkraft und die gemeinsame Wirkung von reiner Biegung mit Querkraft. Aus den Untersuchungsergebnissen wird ein Bemessungsmodell für rissefreie geschweißte Stahlträger mit schlanken Stegen unter häufig wiederholter Belastung abgeleitet.

Welded steel plate girders with slender webs exhibit a very high bearing capacity related to their self weight. They allow lightweight and economical structures. When the girders are loaded the slender web plates sustain considerable out-of-plane deformations. These buckling deformations have no influence to the ultimate bearing capacity of the girders. For steel bridges however these deformations may lead to fatigue cracks along the welds after a sufficient number of load crossings and finally to the failure of the structure. The structural and fatigue behaviour of steel girders with slender web plates is explained and theoretically and experimentally studied. Own fatigue tests at four large steel girders are used to calibrate and conduct extensive parameter calculations. Main attention is paid to the initial imperfections of the web plates and to the loading types pure bending, pure shear and the common action of bending and shear. From the results a design procedure for crack-free welded steel girders with slender web plates under frequent loads is derived.