Zum Rotationsnachweis nachgiebiger Knoten im Stahlbau

Abstract

In Hochbauten des Stahl- und Verbundbaus verursachen die Knotenpunkte einen Großteil der Kosten des Tragwerks. Insbesondere das Einschweißen von Steifen bei biegesteifen Knoten ist mit einem hohen Kosten- und Fertigungsaufwand verbunden. Moderne Bemessungskonzepte ermöglichen die Bemessung steifenloser Knoten. Eine Optimierung der Knoten kann erreicht werden, wenn diese nach Plastizierung über ausreichend Rotationsvermögen zur Schnittgrößenumlagerung im Tragsystem verfügen. In diesem Fall ist eine plastische Tragwerksbemessung möglich. Bislang liegen jedoch nur wenige Aussagen zum Duktilitätsverhalten nachgiebiger Rahmenknoten vor.

Die Dissertation widmet sich der Bestimmung der vorhandenen Rotationskapazität nachgiebiger Knoten in Tragsystemen des Stahlhochbaus. Auf Grundlage des Innsbrucker Komponentenmodells wird das Duktilitätsverhalten einzelner Knotenkomponenten angegeben. Ein Schwerpunkt der Dissertation liegt auf der Beschreibung der Last-Verformungskurve der Komponente "Stützensteg auf Druck". Versuche an dieser Komponente, sowie an steifenlosen geschraubten Knoten dienen der Verifizierung der entwickelten mechanischen Modelle. Eine ausführliche Parameterstudie begründet schließlich ein Nachweisverfahren ausreichender Rotationskapazität nachgiebiger Knoten bei Schnittgrößenumlagerungen in plastisch bemessenen Tragsystemen.

Joints in steel and composite buildings are most relevant for the overall costs of the structure. In particular the stiffeners of rigid connections demand a high input of investment and fabrication. But modern codes allow the design of semi-rigid joints without stiffeners in the web panel zone. A plastification of the joint combined with sufficient ductility for redistribution of internal forces in the structure enable a plastic verification of the structure. But so far only few rules in view of the joints' ductility behaviour are available.

The thesis deals with the determination of the available rotation capacity of semi-rigid joints in steel structures. The Innsbruck component model is used as mechanical basis to describe the ductility behaviour of the joints. Special attention is paid to the load-deformation curve of the joint component "column web in compression". Tests on this component and on bolted semi-rigid joint configurations are conducted to verify the developed mechanical models. Conclusions are drawn from a parameter study to establish a design procedure for sufficient rotation capacity in view of redistribution of internal forces for plastic design of structures.