Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Einfluss von Stegöffnungen in torsionsbelasteten Kastenträgern

Abstract

Die Hauptträger der Traggerüste von Seilbahnstationen sind aufgrund der Torsionsbeanspruchungen als geschweißte Kastenträger ausgeführt. Konstruktiv werden vielfach Öffnungen in den Kastenträgern benötigt, welche rechnerisch nur unzureichend berücksichtigt werden. Mit der Einführung der zweiten Generation von Eurocodes soll mit dem Eurocode 3 Teil 1-13 auch ein Regelwerk für die Bemessung und Konstruktion von Trägern mit großen Stegöffnungen eingeführt werden. Der Entwurf dieser Norm beinhaltet Regeln zur Bemessung von I- und H-Profilen mit Stegöffnungen, jedoch ist eine Anwendung für Kastenträger im vorliegenden Entwurf nicht vorgesehen. Des Weiteren wird die Berücksichtigung von Öffnungen in Stabwerksprogrammen äußerst konservativ gehandhabt. Bei der Modellierung von einem Kastenträger mit Öffnungen in einem Stabwerksprogramm erfolgt die Berechnung der Torsionstragfähigkeit als Tragfähigkeit zweier offener C-Querschnitte. Aufgrund der angeführten Gründe zielt die vorliegende Masterarbeit darauf ab das Tragverhalten von geschweißten Kastenträger mit Öffnungen unter Torsionsbeanspruchung zu untersuchen. Für die Analyse des Tragverhaltens wurde eine Kleinserie an Modellträgerversuchen durchgeführt. Ziel dieser Versuche war zum einen der Aufbau eines grundlegenden Verständnisses für das Verhalten der unterschiedlichen Öffnungsgeometrien bzw. -anordnungen und für die verschiedenen Versagensmechanismen. Zum anderen dienten die Versuchsergebnisse ebenso zur Validierung der im Anschluss an die Durchführung der Versuche erstellten numerischen Modelle. Die Gegenüberstellung der Last-Verformungskurven und der zugehörigen Traglasten, Versagensarten sowie der Dehnungen ergab eine hohe Übereinstimmung, wodurch die Plausibilität des Simulationsmodells bestätigt wurde. Um die Datenbasis zu erweitern und die Einflüsse einzelner Parameter näher zu untersuchen, wurde mit dem validierten Modell eine Parameterstudie durchgeführt. Die Ergebnisse der durchgeführten Versuche und numerischen Berechnungen zeigen, dass die Tragfähigkeiten von Kastenträgern wesentlich höher liegen, als bei der Annahme eines zweiteiligen offenen Querschnitts an der Stelle der Öffnung. Um diese Erkenntnisse in die Praxis zu transferieren, wurde abschließend ein einfacher analytischer Ansatz entwickelt, dessen Anwendung brauchbare Ergebnisse über alle Modelle der Parameterstudie zeigte.